Commençons par remarquer que t↦arcsin(t) étant définie et continue sur [0,1] la fonction G:X↦∫0Xarcsin(t)dt est de classe C1 sur [0,1] par le théorème fondamental de l’analyse et ∀X∈[0,1],G′(X)=arcsin(X). Il en va de même pour H:X∈[0,1]↦∫0Xarccos(t)dt. Ainsi F est de classe C1 sur R comme composée de fonctions de classe C1 sur R. Par ailleurs, grâce aux formules de dérivées de composées, on a : ∀x∈R,F′(x)=2cos(x)sin(x)G′(sin(x)2)−2sin(x)cos(x)H′(cos(x)2)=sin(2x)(arcsin(∣sin(x)∣)−arccos(∣cos(x)∣)).Soit x∈R et θ l’unique élément de [0,2π] tel que sin(θ)=∣sin(x)∣ (sin définit une bijection de [0,2π] vers [0,1]). On a alors arcsin(∣sin(x)∣)=arcsin(sin(θ))=θ. D’autre part, 1−sin(θ)2=∣cos(θ)∣=cos(θ) car cos positive sur [0,2π] et 1−sin(x)2=∣cos(x)∣=cos(θ) si bien que arccos(∣cos(x)∣)=arccos(cos(θ))=θ. Ainsi, ∀x∈R,arcsin(∣sin(x)∣)=arccos(∣cos(x)∣) donc F′=0 sur l’intervalle R donc F est constante. Pour déterminer cette constante on va évaluer F en un x bien choisi. On pourrait prendre x=2π ou x=0 pour éliminer une intégrale puis faire le changement de variable u=t et faire une intégration par parties mais on va proposer une solution un peu plus élémentaire en s’appuyant sur la relation ∀x∈R,arcsin(x)+arccos(x)=2π (en effet, arcsin′+arccos′=0 et arcsin(0)+arccos(0)=0+2π). Pour cela on a besoin que nos deux intégrales aient les mêmes bornes. On évalue donc en 4π : F(4π)=∫01/2arcsin(t)dt+∫01/2arccos(t)dt=∫01/22πdt=4π. Donc ∀x∈R,∫0sin2xarcsin(t)dt+∫0cos2xarccos(t)dt=4π.
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