Une super intégrale

$\newcommand{\Res}{\operatorname{Res}}$Bonjour! J'ai essayé de calculer l'intégrale suivante. $\quad \displaystyle \int_{-\infty}^{+\infty} \frac{1}{1+x^{6}}dx .$

Voici mes calculs.
Les pôles de $\displaystyle \frac{1}{1+x^{6}}$ sont $\displaystyle e^{\frac{i}{6}\pi} ; e^{\frac{3i}{6}\pi} ; e^{\frac{5i}{6}\pi} ; e^{\frac{7i}{6}\pi} ; e^{\frac{9i}{6}\pi}; e^{\frac{11i}{6}\pi}$.
Les pôles de partie imaginaire positive sont $\displaystyle e^{\frac{i}{6}\pi} ; e^{\frac{3i}{6}\pi} ; e^{\frac{5i}{6}\pi} $.

Donc d'après le théorème des résidus on à $ \displaystyle \int_{-\infty}^{+\infty} \frac{1}{1+x^{6}}dx = 2i\pi\Big(\Res\big(\frac{1}{1+x^{6}}, e^{\frac{i}{6}\pi}\big)+\Res\big(\frac{1}{1+x^{6}}, e^{\frac{3i}{6}\pi}\big)+\Res\big(\frac{1}{1+x^{6}},e^{\frac{5i}{6}\pi}\big)\Big)$
$\displaystyle =\frac{i\pi}{3}\Big( e^{-\frac{5i}{6}\pi} + e^{-\frac{3i}{6}\pi} + e^{-\frac{i}{6}\pi} \Big)=\frac{i\pi}{3}\Big(-\frac{\sqrt{3}}{2}-\frac{i}{2}+0-i+\frac{\sqrt{3}}{2}-\frac{i}{2}\Big)=\frac{i\pi}{3}×(-2i)=\frac{2\pi}{3}$

On à donc finalement (sauf erreur) $\displaystyle \int_{-\infty}^{+\infty} \frac{1}{1+x^{6}}dx= \frac{2\pi}{3}$.
Et $\displaystyle \int_{0}^{+\infty} \frac{1}{1+x^{6}}dx= \frac{\pi}{3}$.

La question est : est ce que je me suis trompé ?

PS : c'est un truc génial le théorème des résidus.
Je suis donc je pense 

Réponses

  • La dernière égalité est numériquement correcte.
  • Merci Fdp (et les autres sont vrai? j'espère...)
    Je suis donc je pense 
  • \begin{align}J&=\int_0^\infty \frac{1}{1+x^6}dx\\
    &\overset{y=x^6}=\frac{1}{6}\int_0^\infty \frac{y^{\frac{1}{6}-1}}{1+y}dy\\
    &=\frac{1}{6}\text{B}\left(\frac{1}{6},\frac{5}{6}\right)\\
    &=\frac{1}{6}\Gamma\left(\frac{1}{6}\right)\Gamma\left(1-\frac{1}{6}\right)\\
    &=\frac{1}{6}\times \dfrac{\pi}{\sin\left(\frac{\pi}{6}\right)}\\
    &=\boxed{\dfrac{\pi}{3}}
    \end{align}

    NB: $\text{B}$ est la fonction bêta d'Euler.
  • Quentino37 Si j’étais ton prof, ta rédaction mérite un 0 et ne me demande pas pourquoi
    Le 😄 Farceur


  • Bonjour,

    Gébrane, tu exagères, surtout pour un élève de 4ème.

    Cordialement,

    Rescassol
  • Pourquoi?

    1)Quel contour est utilisé?
    2)Dans ce type de calcul il y a des passages à la limite et il faut justifier pourquoi certaines intégrales vont tendre vers $0$.
    3)Déterminer les pôles de la fonction à laquelle on veut appliquer le théorème de Cauchy.
  • Rescassol:

    Même si on ne maîtrise pas une technique il vaut mieux savoir qu'il y a un "mode d'emploi" qu'il faut respecter si on veut être sûr d'un résultat. Autrement on est dans l'à peu-près.
  • Hum j'ai du mal à voir en quoi la rédaction mérite 0 ? :-S
  • Bonjour,

    Oui, d'accord avec tout ça, mais c'est quand même un bon début.

    Cordialement,

    Rescassol
  • En quoi la rédaction de Quentino est-elle en défaut ? Le thm des résidus est en général accompagné de cas particuliers pour lesquels on applique directement une formule sans détailler, ni le contour, ni les limites. Tout au plus eût-il fallu préciser que le polynôme est réel, sans zéros réels, et de degré $\geqslant2$, et que le domaine d'intégration est $\R$. Mais je mettrais plutôt $0$ à qui appliquerait la formule dans un cas où elle ne s'applique pas.

    À noter que, pour nos polynômes, il est inutile d'invoquer les mânes de Cauchy puisqu'un calcul simple permet de calculer la limite quand $X\to+\infty$ de $\displaystyle\int_{-X}^X\frac{{\rm d}t}{t-z}$ lorsque $z\not\in\R$ (ah non, pas de $\ln$, mais séparer $\Re$ et $\Im$).
  • La formule des résidus évoquée par john_john - que je salue - pousse dans Le jardin d'Eiden entre les pages 347 et 351.

    e.v.
    Personne n'a raison contre un enfant qui pleure.


  • Si on fait appel à des théorèmes "exotiques" qu'une petite poignée d'érudits connaissent... Après, on peut aussi considérer que connaître la valeur de cette intégrale est un devoir pour une honnête personne etc.

    PS:
    J'ai montré plus haut qu'avec quelques connaissances en analyse réelle on n'avait pas besoin d'analyse complexe pour faire ce calcul.
  • Bonjour, ev ! Je te salue moi aussi et t'encourage à persévérer dans tes excellentes lectures (tu)
  • J'avoue que ce n'est pas très bien rédigé(et je ne demanderais pas pourquoi)! Est-ce que quelqu'un pourrait me montrer comment on le rédigerait bien s'il vous plait? Je lui en serait très reconnaissant!
    Je suis donc je pense 
  • Il y a un théorème spécifique de calcul d'intégrales de fonctions rationnelles au moyen des résidus, sans théorie générale des fonctions de variable complexe, et sans contour. J'en ai parlé ici : http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?4,1166453,1166559#msg-1166559. C'est aussi exposé dans le Gourdon d'Analyse.
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