Intégrale de $$$\sqrt{4 - x^{2}}$$$

Déterminez $$$\int \sqrt{4 - x^{2}}\, dx$$$.

Soit $$$x=2 \sin{\left(u \right)}$$$.

Alors $$$dx=\left(2 \sin{\left(u \right)}\right)^{\prime }du = 2 \cos{\left(u \right)} du$$$ (les étapes peuvent être vues »).

De plus, il s'ensuit que $$$u=\operatorname{asin}{\left(\frac{x}{2} \right)}$$$.

Par conséquent,

$$$\sqrt{4 - x^{2}} = \sqrt{4 - 4 \sin^{2}{\left( u \right)}}$$$

Utilisez l'identité $$$1 - \sin^{2}{\left( u \right)} = \cos^{2}{\left( u \right)}$$$ :

$$$\sqrt{4 - 4 \sin^{2}{\left( u \right)}}=2 \sqrt{1 - \sin^{2}{\left( u \right)}}=2 \sqrt{\cos^{2}{\left( u \right)}}$$$

En supposant que $$$\cos{\left( u \right)} \ge 0$$$, nous obtenons ce qui suit :

$$$2 \sqrt{\cos^{2}{\left( u \right)}} = 2 \cos{\left( u \right)}$$$

Par conséquent,

$${\color{red}{\int{\sqrt{4 - x^{2}} d x}}} = {\color{red}{\int{4 \cos^{2}{\left(u \right)} d u}}}$$

Appliquez la règle du facteur constant $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ avec $$$c=4$$$ et $$$f{\left(u \right)} = \cos^{2}{\left(u \right)}$$$ :

$${\color{red}{\int{4 \cos^{2}{\left(u \right)} d u}}} = {\color{red}{\left(4 \int{\cos^{2}{\left(u \right)} d u}\right)}}$$

Appliquer la formule de réduction de puissance $$$\cos^{2}{\left(\alpha \right)} = \frac{\cos{\left(2 \alpha \right)}}{2} + \frac{1}{2}$$$ avec $$$\alpha= u $$$:

$$4 {\color{red}{\int{\cos^{2}{\left(u \right)} d u}}} = 4 {\color{red}{\int{\left(\frac{\cos{\left(2 u \right)}}{2} + \frac{1}{2}\right)d u}}}$$

Appliquez la règle du facteur constant $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ avec $$$c=\frac{1}{2}$$$ et $$$f{\left(u \right)} = \cos{\left(2 u \right)} + 1$$$ :

$$4 {\color{red}{\int{\left(\frac{\cos{\left(2 u \right)}}{2} + \frac{1}{2}\right)d u}}} = 4 {\color{red}{\left(\frac{\int{\left(\cos{\left(2 u \right)} + 1\right)d u}}{2}\right)}}$$

Intégrez terme à terme:

$$2 {\color{red}{\int{\left(\cos{\left(2 u \right)} + 1\right)d u}}} = 2 {\color{red}{\left(\int{1 d u} + \int{\cos{\left(2 u \right)} d u}\right)}}$$

Appliquez la règle de la constante $$$\int c\, du = c u$$$ avec $$$c=1$$$:

$$2 \int{\cos{\left(2 u \right)} d u} + 2 {\color{red}{\int{1 d u}}} = 2 \int{\cos{\left(2 u \right)} d u} + 2 {\color{red}{u}}$$

Soit $$$v=2 u$$$.

Alors $$$dv=\left(2 u\right)^{\prime }du = 2 du$$$ (les étapes peuvent être vues »), et nous obtenons $$$du = \frac{dv}{2}$$$.

Ainsi,

$$2 u + 2 {\color{red}{\int{\cos{\left(2 u \right)} d u}}} = 2 u + 2 {\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(v \right)}}{2} d v}}}$$

Appliquez la règle du facteur constant $$$\int c f{\left(v \right)}\, dv = c \int f{\left(v \right)}\, dv$$$ avec $$$c=\frac{1}{2}$$$ et $$$f{\left(v \right)} = \cos{\left(v \right)}$$$ :

$$2 u + 2 {\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(v \right)}}{2} d v}}} = 2 u + 2 {\color{red}{\left(\frac{\int{\cos{\left(v \right)} d v}}{2}\right)}}$$

L’intégrale du cosinus est $$$\int{\cos{\left(v \right)} d v} = \sin{\left(v \right)}$$$ :

$$2 u + {\color{red}{\int{\cos{\left(v \right)} d v}}} = 2 u + {\color{red}{\sin{\left(v \right)}}}$$

Rappelons que $$$v=2 u$$$ :

$$2 u + \sin{\left({\color{red}{v}} \right)} = 2 u + \sin{\left({\color{red}{\left(2 u\right)}} \right)}$$

Rappelons que $$$u=\operatorname{asin}{\left(\frac{x}{2} \right)}$$$ :

$$\sin{\left(2 {\color{red}{u}} \right)} + 2 {\color{red}{u}} = \sin{\left(2 {\color{red}{\operatorname{asin}{\left(\frac{x}{2} \right)}}} \right)} + 2 {\color{red}{\operatorname{asin}{\left(\frac{x}{2} \right)}}}$$

Par conséquent,

$$\int{\sqrt{4 - x^{2}} d x} = \sin{\left(2 \operatorname{asin}{\left(\frac{x}{2} \right)} \right)} + 2 \operatorname{asin}{\left(\frac{x}{2} \right)}$$

En utilisant les formules $$$\sin{\left(2 \operatorname{asin}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha \sqrt{1 - \alpha^{2}}$$$, $$$\sin{\left(2 \operatorname{acos}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha \sqrt{1 - \alpha^{2}}$$$, $$$\cos{\left(2 \operatorname{asin}{\left(\alpha \right)} \right)} = 1 - 2 \alpha^{2}$$$, $$$\cos{\left(2 \operatorname{acos}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha^{2} - 1$$$, $$$\sinh{\left(2 \operatorname{asinh}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha \sqrt{\alpha^{2} + 1}$$$, $$$\sinh{\left(2 \operatorname{acosh}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha \sqrt{\alpha - 1} \sqrt{\alpha + 1}$$$, $$$\cosh{\left(2 \operatorname{asinh}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha^{2} + 1$$$, $$$\cosh{\left(2 \operatorname{acosh}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha^{2} - 1$$$, simplifiez l'expression :

$$\int{\sqrt{4 - x^{2}} d x} = x \sqrt{1 - \frac{x^{2}}{4}} + 2 \operatorname{asin}{\left(\frac{x}{2} \right)}$$

Simplifier davantage :

$$\int{\sqrt{4 - x^{2}} d x} = \frac{x \sqrt{4 - x^{2}}}{2} + 2 \operatorname{asin}{\left(\frac{x}{2} \right)}$$

Ajouter la constante d'intégration :

$$\int{\sqrt{4 - x^{2}} d x} = \frac{x \sqrt{4 - x^{2}}}{2} + 2 \operatorname{asin}{\left(\frac{x}{2} \right)}+C$$

$$$\int \sqrt{4 - x^{2}}\, dx = \left(\frac{x \sqrt{4 - x^{2}}}{2} + 2 \operatorname{asin}{\left(\frac{x}{2} \right)}\right) + C$$$A