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On pose I= l'intégrale de bornes 0 et pi, de cos**4(x)dx. Montrer que I=l'intégrale de bornes 0 et pi de cos(x)(cos(x)-cos(x)sin**2(x))dx
alphonsio

Pour montrer que
0πcos4(x)dx=0πcos(x)(cos(x)cos(x)sin2(x))dx\int_{0}^{\pi} \cos^4(x) \, dx = \int_{0}^{\pi} \cos(x) (\cos(x) - \cos(x) \sin^2(x)) \, dx

nous allons démontrer que

cos4(x)=cos(x)(cos(x)cos(x)sin2(x))\cos^4(x) = \cos(x) (\cos(x) - \cos(x) \sin^2(x))


  1. Développons le terme de droite :

cos(x)(cos(x)cos(x)sin2(x))=cos2(x)cos2(x)sin2(x)\cos(x) (\cos(x) - \cos(x) \sin^2(x)) = \cos^2(x) - \cos^2(x) \sin^2(x)

  1. Utilisons l'identité trigonométrique sin2(x)=1cos2(x)\sin^2(x) = 1 - \cos^2(x) :

cos(x)(cos(x)cos(x)sin2(x))=cos2(x)cos2(x)(1cos2(x))\cos(x) (\cos(x) - \cos(x) \sin^2(x)) = \cos^2(x) - \cos^2(x) \left(1 - \cos^2(x) \right)

  1. Factorisons :

cos(x)(cos(x)cos(x)sin2(x))=cos2(x)cos2(x)+cos4(x)\cos(x) (\cos(x) - \cos(x) \sin^2(x)) = \cos^2(x) - \cos^2(x) + \cos^4(x)

  1. Simplifions :

cos(x)(cos(x)cos(x)sin2(x))=cos4(x)\cos(x) (\cos(x) - \cos(x) \sin^2(x)) = \cos^4(x)


Pour montrer que
0πcos4(x)dx=0πcos(x)(cos(x)cos(x)sin2(x))dx\int_{0}^{\pi} \cos^4(x) \, dx = \int_{0}^{\pi} \cos(x) (\cos(x) - \cos(x) \sin^2(x)) \, dx

nous allons d'abord démontrer que

cos4(x)=cos(x)(cos(x)cos(x)sin2(x))\cos^4(x) = \cos(x) (\cos(x) - \cos(x) \sin^2(x))

En effet, lorsque l'on trace les courbe de cos4(x)\cos^4(x) et de cos(x)(cos(x)cos(x)sin2(x))\cos(x) (\cos(x) - \cos(x) \sin^2(x)) on s'apperçoit qu'elle se supperposent, ce qui donne un indice fort de l'existence de cette relation.

Pour démontrer cette relation, nous allons manipuler le terme de droite qui peut être développé en :

cos(x)(cos(x)cos(x)sin2(x))=cos(x)cos(x)cos(x)cos(x)sin2(x)\cos(x) (\cos(x) - \cos(x) \sin^2(x)) = \cos(x) \cos(x) \, - \cos(x) \cos(x) \sin^2(x)

Ce qui simplifie en :

cos2(x)cos2(x)sin2(x)\cos^2(x) - \cos^2(x) \sin^2(x)

En utilisant l'identité trigonométrique sin2(x)=1cos2(x)\sin^2(x) = 1 - \cos^2(x), nous pouvons transformer le sin2(x)\sin^2(x) :

cos2(x)sin2(x)=cos2(x)(1cos2(x))\cos^2(x) \sin^2(x) = \cos^2(x)(1 - \cos^2(x))
cos2(x)sin2(x)=cos2(x)cos4(x)\cos^2(x) \sin^2(x) = \cos^2(x) - \cos^4(x)

Ainsi, nous obtenons :

cos2(x)(cos2(x)cos4(x))\cos^2(x) - \left(\cos^2(x) - \cos^4(x) \right)

Cela peut se réécrire en :

cos2(x)cos2(x)+cos4(x)\cos^2(x) - \cos^2(x) + \cos^4(x)

Finalement, cela donne :

cos4(x)\cos^4(x)

Nous avons donc montré que :

cos4(x)=cos(x)(cos(x)cos(x)sin2(x))\cos^4(x) = \cos(x) (\cos(x) - \cos(x) \sin^2(x))

Donc les intégrales sur les mêmes intervalles sont nécessairement égales :

0πcos4(x)dx=0πcos(x)(cos(x)cos(x)sin2(x))dx\int_{0}^{\pi} \cos^4(x) \, dx = \int_{0}^{\pi} \cos(x) (\cos(x) - \cos(x) \sin^2(x)) \, dx