Exercice INT 41

Exercice Publié par admin le 18 février 2026
Bac Sciences MathĂ©matiques & LycĂ©e Calcul intĂ©gral ÉnoncĂ© avec corrigĂ© dĂ©taillĂ©

Conseil méthodologique : Cherchez attentivement cet exercice au brouillon pendant 15 à 30 minutes avant de consulter la solution détaillée ci-dessous.

ÉnoncĂ© de l'exercice :

  1. On pose : $I_p = \int_1^e x(\ln(x)+1)^p \,dx$ oĂč $p \in \mathbb{N}$.
    1. En utilisant une intégration par parties, montrer que : $(\forall p \in \mathbb{N}^*) \quad 2I_p = e^2 2^p - pI_{p-1} - 1$
    2. En déduire que : $I_2 = e^2 + \frac{1}{2}I_0$
  2. Calculer le volume du solide engendré par la rotation de la courbe $\mathscr{C}_f$ de la fonction : $$f: x \mapsto \sqrt{x}(1+\ln x)$$ autour de l'axe des abscisses sur $[1; e]$.
Solution Détaillée & Corrigé Pas à Pas Corrigé complet
  1. Étude de la suite d'intĂ©grales $ I_p $

    Soit $ p \in \mathbb{N}^* $. Calculons $ I_p $ à l'aide d'une intégration par parties.

    1. Posons :

      \[ u(x) = (\ln(x)+1)^p \implies u'(x) = p(\ln(x)+1)^{p-1} \times \frac{1}{x} \] \[ v'(x) = x \implies v(x) = \frac{x^2}{2} \]

      Les fonctions $ u $ et $ v $ sont continûment dérivables sur $ [1; e] $. La formule d'intégration par parties donne :

      \[ I_p = \left[ \frac{x^2}{2}(\ln(x)+1)^p \right]_1^e - \int_1^e \frac{x^2}{2} \times \frac{p}{x}(\ln(x)+1)^{p-1} \, dx \]

      Calculons le terme entre crochets :

      \[ \left[ \frac{x^2}{2}(\ln(x)+1)^p \right]_1^e = \frac{e^2}{2}(\ln(e)+1)^p - \frac{1^2}{2}(\ln(1)+1)^p = \frac{e^2}{2}2^p - \frac{1}{2} \]

      Pour l'intégrale restante, on simplifie :

      \[ \int_1^e \frac{p}{2}x(\ln(x)+1)^{p-1} \, dx = \frac{p}{2} \int_1^e x(\ln(x)+1)^{p-1} \, dx = \frac{p}{2} I_{p-1} \]

      En regroupant, on obtient :

      \[ I_p = \frac{e^2}{2}2^p - \frac{1}{2} - \frac{p}{2}I_{p-1} \]

      En multipliant l'égalité par 2, on trouve la relation demandée :

      \[ 2I_p = e^2 2^p - 1 - pI_{p-1} \implies 2I_p = e^2 2^p - pI_{p-1} - 1 \]
    2. Utilisons la relation de récurrence pour $ p=1 $ puis $ p=2 $.

      Pour $ p=1 $ :

      \[ 2I_1 = e^2 2^1 - 1I_0 - 1 = 2e^2 - I_0 - 1 \]

      Pour $ p=2 $ :

      \[ 2I_2 = e^2 2^2 - 2I_1 - 1 = 4e^2 - 2I_1 - 1 \]

      En substituant $ 2I_1 $ par son expression dans la deuxiÚme équation :

      \[ 2I_2 = 4e^2 - (2e^2 - I_0 - 1) - 1 = 4e^2 - 2e^2 + I_0 + 1 - 1 = 2e^2 + I_0 \]

      En divisant par 2, on en déduit bien :

      \[ I_2 = e^2 + \frac{1}{2}I_0 \]

  2. Calcul du volume du solide de révolution

    Le volume $ V $ du solide engendré par la rotation de la courbe représentative de $ f $ autour de l'axe des abscisses sur l'intervalle $ [1; e] $ est calculé par la méthode des disques.


    Méthode des disques pour le calcul du volume


    Comme l'illustre la figure, un élément de volume $ dV $ correspond à un disque de rayon $ R = f(x) $ et d'épaisseur $ dx $. On a donc :

    \[ V = \pi \int_1^e (f(x))^2 \, dx \]

    Exprimons $ (f(x))^2 $ :

    \[ (f(x))^2 = (\sqrt{x}(1+\ln(x)))^2 = x(1+\ln(x))^2 \]

    On remarque que l'intégrale correspond exactement à $ I_2 $ :

    \[ V = \pi \int_1^e x(1+\ln(x))^2 \, dx = \pi I_2 \]

    Pour obtenir la valeur numérique, calculons d'abord $ I_0 $ :

    \[ I_0 = \int_1^e x(\ln(x)+1)^0 \, dx = \int_1^e x \, dx = \left[ \frac{x^2}{2} \right]_1^e = \frac{e^2 - 1}{2} \]

    On utilise ensuite la relation trouvée précédemment pour $ I_2 $ :

    \[ I_2 = e^2 + \frac{1}{2}I_0 = e^2 + \frac{1}{2}\left(\frac{e^2 - 1}{2}\right) = e^2 + \frac{e^2 - 1}{4} = \frac{4e^2 + e^2 - 1}{4} = \frac{5e^2 - 1}{4} \]

    Le volume final est donc :

    \[ V = \pi \left( \frac{5e^2 - 1}{4} \right) \text{ unités de volume.} \]