Exercice 14-07
Calculer, dans le cas \(b>a^2\), l'intégrale indéfinie
\[\int\frac{d x}{x(x^2+2ax+b)}\,.\]
Pour commencer
La condition \(b\gt a^2\) implique que le \(\Delta\lt 0\), ce qui dit quelle
décomposition il faut chercher.
Puisque \(\Delta=4(a^2-b)<0\), on cherche une décomposition du type
\[
\frac{1}{x(x^2+2ax+b)}
=
\frac{A}{x}+\frac{Bx+C}{x^2+2ax+b}\,.
\]
On trouve \(A=\frac1b\), \(B=-\frac1b\), \(C=-\frac{2a}{b}\).
Pour le deuxième terme, on peut réarranger
\[\begin{aligned}
\frac{Bx+C}{x^2+2ax+b}
&=
-\frac1b
\frac{x+2a}{x^2+2ax+b}\\
&=
-\frac{1}{2b}\frac{2x+2a}{x^2+2ax+b}
-\frac{a}{b}\frac{1}{x^2+2ax+b}\\
&=
-\frac{1}{2b}\frac{2x+2a}{x^2+2ax+b}
-\frac{a}{b}\frac{1}{(x+a)^2+b-a^2}\\
&=
-\frac{1}{2b}\frac{(x^2+2ax+b)'}{x^2+2ax+b}
-\frac{a}{b(b-a^2)}\frac{1}{(\frac{x+a}{\sqrt{b-a^2}})^2+1}\,.
\end{aligned}\]
On trouve
\[\begin{aligned}
\int\frac{d x}{x(x^2+2ax+b)}
&=
\frac{1}{b}\log|x|
-\frac{1}{2b}\log(x^2+2ax+b)\\
&\phantom{salutlesluluslili}
-\frac{a}{b\sqrt{b-a^2}}\arctan\Bigl(
\frac{x+a}{\sqrt{b-a^2}}
\Bigr)+C
\end{aligned}\]