Montrer qu'une fonction est une primitive.

On donne deux fonctions définies sur \(]-1 ;+\infty[\) :

  • \(f :x\longmapsto \dfrac{3}{(x+1)^2}\)

  • \(F :x\longmapsto \dfrac{2x-1}{x+1}\)

Question

Démontrer que \(F\) est une primitive de \(f\) sur l'intervalle \(]-1 ;+\infty[\).

Indice

Après avoir vérifié que les fonctions sont bien définies sur l'intervalle considéré, on pourra calculer \(F'\).

Solution

Sur l'intervalle \(]-1 ;+\infty[\), le dénominateur des fonctions \(f\) et \(F\) ne s'annule pas car \(x+1>0\). Il n'y a donc pas de problème de définition ou de dérivabilité pour ces fonctions sur l'intervalle considéré.

Pour calculer \(F'\), on applique la formule de la dérivée d'un quotient avec \(u(x)=2x-1\) et \(v(x)=x+1\). On a \(u'(x)=2\) et \(v'(x)=1\).

\(F'(x)=\dfrac{u'v-uv'}{v^2}=\dfrac{2(x+1)-1(2x-1)}{(x+1)^2}=\dfrac{3}{(x+1)^2}=f(x)\)

Méthode

On a montré que \(F\) était dérivable sur \(]-1 ;+\infty[\) et que pour tout \(x\in ]-1 ;+\infty[, F'(x)=f(x)\)

\(F\) est donc une primitive de \(f\) sur \(]-1 ;+\infty[\)

Question

Montrer qu'il existe une unique primitive \(G\) de \( f\) sur \(]-1 ;+\infty[\) telle que \(G(0)=0\)

Indice

On se rappelle que les primitives sont définies à une constante près.

Solution

Méthode

Toutes les primitives de \(f\) sont de la forme \(G(x)=F(x)+k\)\(k\) est une constante réelle. Il faut donc calculer \(k\) de manière à avoir \(G(0)=0\).

\(G(0)=F(0)+k=\dfrac{-1}{1}+k=k-1\)

On veut que \(G(0)=0\) donc \(k-1=0\) donc \(k=1\).

Il existe donc une unique primitive de \(f\) prenant la valeur 0 en 0 : c'est \(G(x)=\dfrac{2x-1}{x+1}+1\)

Complément

On peut réduire l'expression de \(G\) en mettant le tout au même dénominateur :

\(G(x)=\dfrac{2x-1+x+1}{x+1}\) donc \(G(x)=\dfrac{3x}{x+1}\)

Les expressions de \(F\) et de \(G\) diffèrent donc et il n'est pas toujours évident au premier coup d'œil de voir qu'elles ne diffèrent qu'à une constante près.