Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/Riemann integrationExerciseUnreviewed

"Quick" integrations by part (level 33)

by Sequoia·
22
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

This score reflects both the level of the required concepts and the difficulty of the solution.Ce score tient compte à la fois du niveau des notions nécessaires et de la difficulté de la résolution.

  1. 110First steps / middle schoolPremiers pas / collège
  2. 1125Beginner / high schoolDébutant / lycée
  3. 2650Intermediate / undergraduateIntermédiaire / licence
  4. 5170Advanced / graduateAvancé / master
  5. 7190Expert / specializedExpert / spécialisé
  6. 91100Research levelNiveau recherche
These levels are approximate guides.Ces niveaux sont des repères approximatifs.
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Compute the following integrals using one (or several !) integration by part.

  1. 01exsin(x)dx\displaystyle\int_0^{1}e^x\sin(x)\,\mathrm{d}x by integrating only exp\exp.

  2. 01arcsin(u)dt\displaystyle\int_0^{1}\arcsin(u)\,\mathrm{d}t by differentiating arcsin\arcsin.

  3. 1eln(t)2dt\displaystyle\int_1^{e}\ln(t)^2\,\mathrm{d}t starting by differentiating ln2\ln^2.

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Solutions

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Solution by visitorFR

Discussions1 useful vote
  1. L’exponentielle étant invariante par intégration, la consigne impose de l’intégrer à chaque fois. Deux intégrations par parties ramènent alors l’intégrale à elle-même.
    Avec f(x)=sinxf(x)=\sin x et g(x)=exg'(x)=e^{x} :
    I=01exsinxdx=[exsinx]0101excosxdx=esin1J.I=\int_0^1 e^{x}\sin x\,\mathrm{d}x=\Bigl[e^{x}\sin x\Bigr]_0^1-\int_0^1 e^{x}\cos x\,\mathrm{d}x=e\sin 1-J .Avec f(x)=cosxf(x)=\cos x et g(x)=exg'(x)=e^{x}, en notant que cos=sin\cos'=-\sin :
    J=01excosxdx=[excosx]01+01exsinxdx=ecos11+I.J=\int_0^1 e^{x}\cos x\,\mathrm{d}x=\Bigl[e^{x}\cos x\Bigr]_0^1+\int_0^1 e^{x}\sin x\,\mathrm{d}x=e\cos 1-1+I .En reportant, I=esin1ecos1+1II=e\sin 1-e\cos 1+1-I, d’où 2I=e(sin1cos1)+12I=e(\sin 1-\cos 1)+1 et
     01exsinxdx=e(sin1cos1)+12.\boxed{\ \int_0^1 e^{x}\sin x\,\mathrm{d}x=\frac{e(\sin 1-\cos 1)+1}{2}. }

  2. Il n’y a qu’un facteur : on dérive arcsin\arcsin et l’on intègre la fonction constante 11. Avec f(u)=arcsinuf(u)=\arcsin u, g(u)=1g'(u)=1, g(u)=ug(u)=u :
    01arcsinudu=[uarcsinu]0101u1u2du=π2K.\int_0^1\arcsin u\,\mathrm{d}u=\Bigl[u\arcsin u\Bigr]_0^1-\int_0^1\frac{u}{\sqrt{1-u^{2}}}\,\mathrm{d}u=\frac{\pi}{2}-K .L’intégrande restant s’intègre directement, en reconnaissant ddu1u2-\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}u}\sqrt{1-u^{2}} :
    K=[1u2]01=0(1)=1.K=\Bigl[-\sqrt{1-u^{2}}\Bigr]_0^1=0-(-1)=1 .D’où
     01arcsinudu=π21.\boxed{\ \int_0^1\arcsin u\,\mathrm{d}u=\frac{\pi}{2}-1 .}

  3. Même situation : on dérive ln2\ln^{2} et l’on intègre 11. Avec f(t)=ln2tf(t)=\ln^{2}t, f(t)=2lnttf'(t)=\frac{2\ln t}{t} et g(t)=tg(t)=t :
    1eln2tdt=[tln2t]1e1e2lntdt=e21elntdt.\int_1^e\ln^{2}t\,\mathrm{d}t=\Bigl[t\ln^{2}t\Bigr]_1^e-\int_1^e 2\ln t\,\mathrm{d}t=e-2\int_1^e\ln t\,\mathrm{d}t .La seconde intégrale se traite de la même façon, avec f(t)=lntf(t)=\ln t et g(t)=tg(t)=t :
    1elntdt=[tlnt]1e1e1dt=e(e1)=1.\int_1^e\ln t\,\mathrm{d}t=\Bigl[t\ln t\Bigr]_1^e-\int_1^e 1\,\mathrm{d}t=e-(e-1)=1 .Finalement
     1eln2tdt=e2.\boxed{\ \int_1^e\ln^{2}t\,\mathrm{d}t=e-2. }

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