On considère la fonction f définie sur R+ par : f(t)=Im∫0+∞e−txxeixdx=∫0+∞e−txxsinxdx
L’intégrale est bien définie. En effet, x↦e−tx est intégrable sur R+∗ pour t>0, et la fonction x↦xsinx est majorée (elle se prolonge par continuité en 0 et tend vers 0 en +∞).
Soit t∈R+∗. Montrons que f est dérivable sur cet intervalle en utilisant le théorème de dérivation sous le signe intégral : ∂t∂(e−txxeix)=−xe−txxeix=e−txPour tout a>0 et pour tout t≥a, on a la domination e−tx≤e−ax∈L1(R+). Ainsi, f est dérivable sur R+∗ et sa dérivée s’obtient en dérivant sous l’intégrale : f′(t)=−Im[−t+i1e(−t+i)x]0+∞ Puisque limx→+∞e−tx=0 pour t>0, la borne en +∞ s’annule. On obtient alors : f′(t)=−1+t21
En intégrant la relation précédente, on en déduit qu’il existe une constante C∈R telle que pour tout t>0 : f(t)=−arctan(t)+C
Déterminons la constante C en étudiant la limite quand t→+∞. Par le théorème de convergence dominée (TCD), la fonction intégrande tend vers 0 et elle est dominée, par exemple pour t≥1, par x↦e−x qui est dans L1(R+). Par conséquent : t→+∞limf(t)=0
Par unicité de la limite, on trouve : −2π+C=0⟹C=2π
Ainsi, pour tout t>0, f(t)=2π−arctan(t).
Puisque f est continue en 0 : f(0)=t→0+limf(t)=2π=∫0+∞xsinxdx
La démo est bien ceci dit tu n’as pas démontré la continuité en 0. Elle est assez subtile.