-
Détermination des réels $\alpha$ et $ \beta $
Pour tout $ t \neq -1 $, nous pouvons utiliser une méthode constructive en faisant apparaßtre l'expression du dénominateur au numérateur : \[ \frac{t}{(t+1)^2} = \frac{t + 1 - 1}{(t+1)^2} \]
- En séparant la fraction : \[ \frac{t+1 - 1}{(t+1)^2} = \frac{t+1}{(t+1)^2} - \frac{1}{(t+1)^2} \]
- En simplifiant la premiĂšre fraction par $t+1$ : \[ \frac{t}{(t+1)^2} = \frac{1}{t+1} - \frac{1}{(t+1)^2} \]
Par identification avec la forme demandée, on en déduit immédiatement : \[ \alpha = 1 \quad \text{et} \quad \beta = -1 \] -
Calcul de l'intégrale $I$ par changement de variable
Soit l'intégrale : \[ I = \int_{1}^{16} \frac{dx}{\sqrt{x}(\sqrt[4]{x}+1)^2} \]
On pose le changement de variable $x = t^4$.- Différentielle : $dx = 4t^3 dt$.
- Changement des bornes : si $ x = 1 $, alors $t = 1$. Si $ x = 16 $, alors $t = 2$.
- Remplacement des termes : $\sqrt{x} = \sqrt{t^4} = t^2$ et $\sqrt[4]{x} = t$.
En substituant dans l'intégrale initiale, on obtient : \[ I = \int_{1}^{2} \frac{4t^3}{t^2(t+1)^2} dt = 4 \int_{1}^{2} \frac{t}{(t+1)^2} dt \]
D'aprÚs la question précédente, nous avons $\frac{t}{(t+1)^2} = \frac{1}{t+1} - \frac{1}{(t+1)^2}$. L'intégrale devient donc : \[ I = 4 \int_{1}^{2} \left( \frac{1}{t+1} - \frac{1}{(t+1)^2} \right) dt \]
Nous cherchons les primitives usuelles : une primitive de $\frac{1}{t+1}$ est $ \ln(t+1) $, et une primitive de $-\frac{1}{(t+1)^2}$ est $\frac{1}{t+1}$. \[ I = 4 \left[ \ln(t+1) + \frac{1}{t+1} \right]_{1}^{2} \]
Calculons les valeurs aux bornes :- Pour $t = 2$ : $ \ln(3) + \frac{1}{3} $
- Pour $t = 1$ : $ \ln(2) + \frac{1}{2} $
On effectue la soustraction : \[ I = 4 \left( \ln(3) + \frac{1}{3} - \left( \ln(2) + \frac{1}{2} \right) \right) \] \[ I = 4 \left( \ln(3) - \ln(2) + \frac{1}{3} - \frac{1}{2} \right) \] \[ I = 4 \left( \ln\left(\frac{3}{2}\right) - \frac{1}{6} \right) \]
Le résultat final est : \[ I = 4\ln\left(\frac{3}{2}\right) - \frac{2}{3} \]