Intégrale de $$$\frac{x^{2}}{1 - x^{2}}$$$

Déterminez $$$\int \frac{x^{2}}{1 - x^{2}}\, dx$$$.

Puisque le degré du numérateur n’est pas inférieur à celui du dénominateur, effectuez la division euclidienne des polynômes (voir les étapes »):

$${\color{red}{\int{\frac{x^{2}}{1 - x^{2}} d x}}} = {\color{red}{\int{\left(-1 + \frac{1}{1 - x^{2}}\right)d x}}}$$

Intégrez terme à terme:

$${\color{red}{\int{\left(-1 + \frac{1}{1 - x^{2}}\right)d x}}} = {\color{red}{\left(- \int{1 d x} + \int{\frac{1}{1 - x^{2}} d x}\right)}}$$

Appliquez la règle de la constante $$$\int c\, dx = c x$$$ avec $$$c=1$$$:

$$\int{\frac{1}{1 - x^{2}} d x} - {\color{red}{\int{1 d x}}} = \int{\frac{1}{1 - x^{2}} d x} - {\color{red}{x}}$$

Effectuer la décomposition en fractions partielles (les étapes peuvent être vues »):

$$- x + {\color{red}{\int{\frac{1}{1 - x^{2}} d x}}} = - x + {\color{red}{\int{\left(\frac{1}{2 \left(x + 1\right)} - \frac{1}{2 \left(x - 1\right)}\right)d x}}}$$

Intégrez terme à terme:

$$- x + {\color{red}{\int{\left(\frac{1}{2 \left(x + 1\right)} - \frac{1}{2 \left(x - 1\right)}\right)d x}}} = - x + {\color{red}{\left(- \int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x} + \int{\frac{1}{2 \left(x + 1\right)} d x}\right)}}$$

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

$$- x - \int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x} + {\color{red}{\int{\frac{1}{2 \left(x + 1\right)} d x}}} = - x - \int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x} + {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{x + 1} d x}}{2}\right)}}$$

Soit $$$u=x + 1$$$.

Alors $$$du=\left(x + 1\right)^{\prime }dx = 1 dx$$$ (les étapes peuvent être vues »), et nous obtenons $$$dx = du$$$.

Donc,

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

L’intégrale de $$$\frac{1}{u}$$$ est $$$\int{\frac{1}{u} d u} = \ln{\left(\left|{u}\right| \right)}$$$ :

$$- x - \int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{2} = - x - \int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x} + \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}}{2}$$

Rappelons que $$$u=x + 1$$$ :

$$- x + \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)}}{2} - \int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x} = - x + \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(x + 1\right)}}}\right| \right)}}{2} - \int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x}$$

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

$$- x + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2} - {\color{red}{\int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x}}} = - x + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2} - {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{x - 1} d x}}{2}\right)}}$$

Soit $$$u=x - 1$$$.

Alors $$$du=\left(x - 1\right)^{\prime }dx = 1 dx$$$ (les étapes peuvent être vues »), et nous obtenons $$$dx = du$$$.

L’intégrale peut être réécrite sous la forme

$$- x + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{x - 1} d x}}}}{2} = - x + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{2}$$

L’intégrale de $$$\frac{1}{u}$$$ est $$$\int{\frac{1}{u} d u} = \ln{\left(\left|{u}\right| \right)}$$$ :

$$- x + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{2} = - x + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2} - \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}}{2}$$

Rappelons que $$$u=x - 1$$$ :

$$- x + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2} - \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)}}{2} = - x + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2} - \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(x - 1\right)}}}\right| \right)}}{2}$$

Par conséquent,

$$\int{\frac{x^{2}}{1 - x^{2}} d x} = - x - \frac{\ln{\left(\left|{x - 1}\right| \right)}}{2} + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2}$$

Ajouter la constante d'intégration :

$$\int{\frac{x^{2}}{1 - x^{2}} d x} = - x - \frac{\ln{\left(\left|{x - 1}\right| \right)}}{2} + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2}+C$$

$$$\int \frac{x^{2}}{1 - x^{2}}\, dx = \left(- x - \frac{\ln\left(\left|{x - 1}\right|\right)}{2} + \frac{\ln\left(\left|{x + 1}\right|\right)}{2}\right) + C$$$A