IPP et changement de variable en maths sup (MPSI) : exercices corrigés
Ces exercices IPP MPSI entraînent tous les savoir-faire du chapitre sur les primitives. Les premiers énoncés font travailler le tableau des primitives usuelles, le lien avec l’intégrale et l’inverse d’un trinôme. Ensuite viennent l’exponentielle complexe, les intégrations par parties à justifier et les changements de variable classiques, dont la symétrie de l’intervalle.
La dernière partie propose des énoncés de niveau colle, avec une suite d’intégrales définie par récurrence et un problème complet. Nous vous conseillons de chercher chaque exercice sans regarder le corrigé, puis de vérifier vos primitives par dérivation. Notez enfin la méthode choisie en une ligne : c’est ainsi que se construisent les réflexes.
Pour démarrer
Exercice 1 – Primitives à reconnaître
On considère les six fonctions suivantes.
\[f_1(x) = \frac{2x+1}{x^2+x+3},\qquad f_2(x) = \cos x\,\sin^3 x,\qquad f_3(x) = \frac{1}{9+x^2},\]
\[f_4(x) = \frac{1}{\sqrt{4-x^2}},\qquad f_5(x) = \frac{\mathrm{e}^{x}}{1+\mathrm{e}^{2x}},\qquad f_6(x) = \tan x.\]
Pour chacune, préciser d’abord un intervalle de travail. Ensuite, donner une primitive sans calcul intermédiaire, puis la vérifier par dérivation.
Exercice 2 – Primitive imposée en un point
- Déterminer l’unique primitive \(F\) sur \(\mathbb{R}\) de \(f : x \mapsto \dfrac{1}{1+x^2} + 2x\) telle que \(F(1) = 0\). Justifier ensuite l’unicité.
- Trouver maintenant toutes les fonctions \(G\) dérivables sur \(\mathbb{R}^{*}\) telles que \(G^{\prime}(x) = 1/x^2\), \(G(-1) = 0\) et \(G(1) = 0\).
- Enfin, expliquer pourquoi la question 2 n’est pas en contradiction avec l’unicité obtenue à la question 1.
Exercice 3 – Trois intégrales par lecture du tableau
Calculer les intégrales suivantes, sans changement de variable ni intégration par parties.
\[A = \int_0^{1/2} \frac{\mathrm{d}x}{\sqrt{1-x^2}},\qquad B = \int_{-1}^{\sqrt{3}} \frac{\mathrm{d}x}{1+x^2},\qquad C = \int_0^{\pi/4} \tan^2 x\,\mathrm{d}x.\]
Pour \(C\), on pourra par exemple écrire \(\tan^2 x = (1 + \tan^2 x) – 1\).
Exercice 4 – Premières intégrations par parties
- Calculer \(\displaystyle\int_1^{\mathrm{e}} x^2\ln x\,\mathrm{d}x\) en justifiant les hypothèses de l’intégration par parties.
- De même, déterminer une primitive de \(\arctan\) sur \(\mathbb{R}\).
- Calculer alors l’aire comprise entre la courbe de l’arctangente, l’axe des abscisses et les droites d’équations \(x = 0\) et \(x = 1\).
Exercice 5 – Premiers changements de variable
- D’abord, à l’aide de \(t = x^2\), calculer \(\displaystyle\int_0^1 \frac{x}{1+x^4}\,\mathrm{d}x\).
- Ensuite, à l’aide de \(u = \sin t\), calculer \(\displaystyle\int_0^{\pi/2} \frac{\cos t}{4+\sin^2 t}\,\mathrm{d}t\).
Exercice 6 – Une famille de trois trinômes
On considère \(g_m(x) = \dfrac{1}{x^2+6x+m}\) pour \(m \in \{5, 9, 13\}\).
- Pour chaque valeur de \(m\), écrire le trinôme sous forme canonique et calculer son discriminant.
- Ensuite, donner une primitive de \(g_m\) sur un intervalle convenable, dans chacun des trois cas.
- Enfin, calculer \(\displaystyle\int_{-3}^{-1} \frac{\mathrm{d}x}{x^2+6x+13}\).

Pour s’entraîner
Exercice 7 – Oscillation amortie par les complexes
- En écrivant \(\mathrm{e}^{-x}\cos(2x)\) comme une partie réelle, déterminer une primitive de \(x \mapsto \mathrm{e}^{-x}\cos(2x)\) sur \(\mathbb{R}\).
- Calculer ainsi \(I = \displaystyle\int_0^{\pi} \mathrm{e}^{-x}\cos(2x)\,\mathrm{d}x\).
- Par ailleurs, retrouver la valeur de \(I\) par deux intégrations par parties successives.
Exercice 8 – Exponentielle fois sinus carré
- Linéariser \(\sin^2 x\).
- Donner alors une primitive de \(x \mapsto \mathrm{e}^{x}\sin^2 x\) sur \(\mathbb{R}\).
- Enfin, calculer \(\displaystyle\int_0^{\pi} \mathrm{e}^{x}\sin^2 x\,\mathrm{d}x\).
Exercice 9 – Une suite d’intégrales avec exponentielle
Pour \(n \in \mathbb{N}\), on pose \(I_n = \displaystyle\int_0^1 x^n\,\mathrm{e}^{-x}\,\mathrm{d}x\).
- Calculer \(I_0\).
- Montrer, en justifiant les hypothèses, que \(I_{n+1} = (n+1)\,I_n – \mathrm{e}^{-1}\) pour tout \(n \in \mathbb{N}\).
- Calculer ensuite \(I_1\) et \(I_2\).
- Par un encadrement de \(\mathrm{e}^{-x}\), montrer que \(\dfrac{1}{\mathrm{e}\,(n+1)} \leq I_n \leq \dfrac{1}{n+1}\) pour tout \(n\).
- Enfin, déterminer la limite de \(n\,I_n\) quand \(n \to +\infty\).
Exercice 10 – Numérateur affine sur un trinôme
Soit \(h(x) = \dfrac{3x+5}{x^2+2x+5}\).
- Justifier que \(h\) est définie et continue sur \(\mathbb{R}\).
- Trouver ensuite deux réels \(\lambda\) et \(\mu\) tels que \(3x + 5 = \lambda(2x+2) + \mu\).
- Donner alors une primitive de \(h\) sur \(\mathbb{R}\), puis calculer \(\displaystyle\int_{-1}^{1} h(x)\,\mathrm{d}x\).
Exercice 11 – Changement de variable exponentiel
Calculer \(J = \displaystyle\int_0^{\ln 3} \frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{e}^{x} + 3\,\mathrm{e}^{-x}}\) à l’aide du changement de variable \(t = \mathrm{e}^{x}\). Donner finalement le résultat sous la forme \(\pi\sqrt{3}/q\) avec \(q\) entier.
Exercice 12 – Substitution trigonométrique
- À l’aide de \(x = \sin t\), calculer \(\displaystyle\int_0^{1/2} \frac{x^2}{\sqrt{1-x^2}}\,\mathrm{d}x\).
- Expliquer ensuite pourquoi le choix \(t \in [0, \pi/6]\) permet d’écrire \(\sqrt{1-\sin^2 t} = \cos t\) sans valeur absolue.
Exercice 13 – Choisir la bonne méthode
Voici quatre intégrales sans indication.
\[P = \int_0^{\pi} x\sin x\,\mathrm{d}x,\qquad Q = \int_1^{\mathrm{e}} \frac{(\ln x)^2}{x}\,\mathrm{d}x,\qquad R = \int_0^1 \arcsin x\,\mathrm{d}x,\qquad S = \int_0^1 x^3\,\mathrm{e}^{x^2}\,\mathrm{d}x.\]
Pour chacune, indiquer d’abord la méthode retenue en une phrase, puis mener le calcul. Pour \(R\), en particulier, on veillera à ne pas appliquer une formule hors de ses hypothèses.
Exercice 14 – Symétrie de l’intervalle
Soit \(n \in \mathbb{N}^{*}\). On pose \(K_n = \displaystyle\int_0^{\pi/2} \frac{\sin^n x}{\sin^n x + \cos^n x}\,\mathrm{d}x\).
- Vérifier d’abord que l’intégrande est bien défini et continu sur \([0, \pi/2]\).
- Poser \(x = \pi/2 – t\) et établir que \(K_n\) est aussi égal à \(\displaystyle\int_0^{\pi/2} \frac{\cos^n t}{\sin^n t + \cos^n t}\,\mathrm{d}t\).
- Ajouter enfin les deux écritures de \(K_n\) pour obtenir sa valeur, sans calculer aucune primitive.

Exercice 15 – Trinôme à paramètre
Soit \(m\) un réel. On note \(T_m(x) = x^2 + 2x + m\).
- Selon la valeur de \(m\), donner une primitive de \(1/T_m\) sur un intervalle où \(T_m\) ne s’annule pas. On distinguera donc \(m > 1\), \(m = 1\) et \(m < 1\).
- Calculer ensuite \(\displaystyle\int_0^1 \frac{\mathrm{d}x}{x^2+2x+2}\).
- De même, calculer \(\displaystyle\int_2^3 \frac{\mathrm{d}x}{x^2+2x-3}\).
Pour approfondir
Exercice 16 – Tangente de l’angle moitié sur une période
- À l’aide du changement de variable \(t = \tan(x/2)\), déterminer une primitive \(F\) de \(x \mapsto \dfrac{1}{2+\cos x}\) sur \(]-\pi, \pi[\).
- Un étudiant écrit \(\displaystyle\int_0^{2\pi} \frac{\mathrm{d}x}{2+\cos x} = \big[F(x)\big]_0^{2\pi}\). Expliquer pourquoi ce calcul n’a pas de sens.
- Montrer ensuite que \(\displaystyle\int_0^{2\pi} \frac{\mathrm{d}x}{2+\cos x} = 2\int_0^{\pi} \frac{\mathrm{d}x}{2+\cos x}\).
- Enfin, en utilisant la continuité de \(x \mapsto \int_0^x \frac{\mathrm{d}u}{2+\cos u}\), calculer cette intégrale.
Exercice 17 – Problème : une récurrence autour de un plus x carré
Pour \(n \in \mathbb{N}^{*}\), on pose \(I_n = \displaystyle\int_0^1 \frac{\mathrm{d}x}{(1+x^2)^n}\).
- Calculer \(I_1\).
- Intégrer \(I_n\) par parties avec \(v(x) = x\), puis établir la relation \(2n\,I_{n+1} = 2^{-n} + (2n-1)\,I_n\), valable dès que \(n \geq 1\).
- Calculer ensuite \(I_2\) et \(I_3\).
- Par ailleurs, vérifier que \(\Phi : x \mapsto \dfrac{x}{2(1+x^2)} + \dfrac{1}{2}\arctan x\) est une primitive de \(x \mapsto \dfrac{1}{(1+x^2)^2}\) sur \(\mathbb{R}\), et retrouver \(I_2\).
- Par un changement de variable affine, calculer \(\displaystyle\int_{-1}^{0} \frac{\mathrm{d}x}{(x^2+2x+2)^2}\).
- Montrer de plus que la suite \((I_n)\) est décroissante et positive.
- Soit \(\varepsilon \in \, ]0, 1[\). Montrer que \(I_n \leq \varepsilon + (1+\varepsilon^2)^{-n}\). Conclure enfin sur la limite de \((I_n)\).
Exercice 18 – Logarithme sur un plus x carré
On pose \(L = \displaystyle\int_0^1 \frac{\ln(1+x)}{1+x^2}\,\mathrm{d}x\).
- D’abord, à l’aide de \(x = \tan t\), montrer que \(L = \displaystyle\int_0^{\pi/4} \ln(1 + \tan t)\,\mathrm{d}t\).
- Vérifier ensuite que, pour \(u \in [0, \pi/4]\), on a \(1 + \tan\left(\dfrac{\pi}{4} – u\right) = \dfrac{2}{1+\tan u}\).
- À l’aide du changement de variable \(t = \pi/4 – u\), obtenir alors la valeur de \(L\).
- Finalement, par une intégration par parties, calculer \(\displaystyle\int_0^1 \frac{\arctan x}{1+x}\,\mathrm{d}x\).
Pour aller plus loin
- Revoir la leçon : cours de maths sup (MPSI) sur IPP et changement de variable
- Bases utiles : Étude de fonctions, fonctions réciproques et usuelles
- Chapitre d’avant : Étude de fonctions, fonctions réciproques et usuelles
- Chapitre d’après : Résoudre une équation différentielle linéaire
- Vérifier ses acquis : QCM de maths sup (MPSI) sur IPP et changement de variable
- Contrôle corrigé en temps limité : Primitives de fractions rationnelles : contrôle de maths en MPSI
- Tous les chapitres : le sommaire de maths sup (MPSI)
- Après le bac : les maths post-bac, de la MPSI à la L3
Télécharger ou imprimer cette fiche «iPP et changement de variable en maths sup (MPSI) : exercices corrigés» au format PDF afin de pouvoir travailler en totale autonomie.
Ressources de maths en Maths sup (MPSI)
Cours
Tout voirDérivées partielles et gradient en maths sup (MPSI)
Dénombrement et conditionnement en maths sup (MPSI)
EDL du premier et du second ordre en maths sup (MPSI)
Continuité et valeurs intermédiaires en maths sup (MPSI)
Équivalents et négligeabilité en maths sup (MPSI)
Sous-espaces et supplémentaires en maths sup (MPSI)
Exercices corrigés
Tout voirContrôles
Tout voirQCM
Tout voir

























