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Calcular o valor, em função de x, das seguintes integrais aplicando o método de integração por substituição trigonométrica: 1) I = d ⌠ ⌡ 1 x 3 − x 2 9 x ; Solução intervalos: ≤ pi θ e < θ 3 pi 2 , se x < -3 ; ≤ 0 θ < pi 2 , se x > 3 considerando x = 3 ( )sec θ => dx = 3 ( )sec θ ( )tg θ dθ temos que: x3 = ( )3 ( )sec θ 3 = 27 ( )sec θ 3 e − x 2 9 = − ( )3 ( )sec θ 2 9 = − 9 ( )sec θ 2 9 = 3 − ( )sec θ 2 1 = 3 ( )tg θ 2 = 3 ( )tg θ substituindo em I , temos: I = d ⌠ ⌡ 3 ( )sec θ ( )tg θ 27 ( )sec θ 3 3 ( )tg θ θ = 1 27 d ⌠ ⌡ 1 ( )sec θ 2 θ = 1 27 d ⌠ ⌡ ( )cos θ 2 θ = 1 27 d ⌠ ⌡ + ( )cos 2 θ 1 2 θ = = 1 54 d⌠⌡ ( )cos 2 θ θ + 1 54 d⌠⌡1 θ = 1 54 ( 1 2 ( )sen 2 θ ) + 1 54 θ + K = θ 54 + 1 54 ( )sen θ ( )cos θ + K temos que: x = 3 ( )sec θ = 3( )cos θ => ( )cos θ = 3 x temos também: − x2 9 = 3 ( )tg θ => ( )tg θ = − x 2 9 3 => θ = Page 1 − arctg − x 2 9 3 fazendo: ( )sen θ = ( )cos θ ( )sen θ( )cos θ = ( )cos θ ( )tg θ => ( )sen θ = 3 x − x 2 9 3 = − x 2 9 x substituindo estes valores em I , temos: I = 1 54 arctg − x 2 9 3 + 1 54 − x 2 9 x 3 x + K = = 1 54 arctg − x 2 9 3 + 1 18 x2 − x 2 9 + K ------------------------------------------ 2) I = d ⌠ ⌡ 12 x3 + 2 x2 7 x ; Solução intervalos: ≤ 0 θ e < θ pi 2 , se ≤ 0 x ; − pi 2 < θ < 0 , se x < 0 I = d ⌠ ⌡ 12 x3 + 2 x2 7 x = d ⌠ ⌡ 12 x3 + 2 x2 7 1 x considerando x = 7 2 ( )tg θ => dx = 7 2 ( )sec θ 2 dθ temos que: 12x3 = 12 7 2 ( )tg θ 3 = 42 7 2 ( )tg θ 3 e Page 2 + 2 x2 7 = + 2 7 2 ( )tg θ 2 7 = + 7 ( )tg θ 2 7 = 7 ( ) + ( )tg θ 2 1 = = 7 + ( )tg θ 2 1 = 7 ( )sec θ 2 = 7 ( )sec θ subtituindo em I , temos: I = d ⌠ ⌡ 42 7 2 ( )tg θ 3 7 2 ( )sec θ 2 7 2 ( )sec θ θ = 42 7 2 7 d ⌠ ⌡ ( )tg θ 3 ( )sec θ θ = 21 7 d ⌠ ⌡ ( )tg θ 3 ( )sec θ θ = = 21 7 d ⌠ ⌡( ) − ( )sec θ 2 1 ( )tg θ ( )sec θ θ = 21 7 d ⌠ ⌡ − ( )sec θ 2 ( )tg θ ( )sec θ ( )tg θ ( )sec θ θ = = 21 7 d ⌠ ⌡ ( )sec θ 2 ( )sec θ ( )tg θ θ −21 7 d⌠⌡ ( )sec θ ( )tg θ θ considerando u = ( )sec θ => du = ( )sec θ ( )tg θ dθ sutstituindo , temos: I = 21 7 d ⌠ ⌡u 2 u −21 7 d⌠⌡1 u = 21 7 u 3 3 −21 7 u + K sustituindo u por seu valor inicial, temos: I = 21 7 ( )sec θ 3 3 −21 7 ( )sec θ + K = 7 7 ( )sec θ 3 −21 7 ( )sec θ + K como temos que + 2 x2 7 = 7 ( )sec θ => ( )sec θ = 7 + 2 x 2 7 7 substituindo este valor em I, temos: Page 3 I = 7 7 7 + 2 x 2 7 7 3 − 21 7 7 + 2 x2 7 7 = 7 7 7 3 + 2 x2 7 3 73 −21 + 2 x2 7 = = − + 2 x2 7 3 21 + 2 x2 7 + K = − ( ) + 2 x2 7 + 2 x2 7 21 + 2 x2 7 + K = = − 2 x2 + 2 x2 7 14 + 2 x2 7 + K ------------------------------------------ 3) I = d ⌠ ⌡ − − x 2 2 x 3 + x 1 x ; Solução considerando x + 1 = u => x = u - 1 => dx = du substituindo em I , temos: I = d ⌠ ⌡ − − ( ) − u 1 2 2 ( ) − u 1 3 u u = d ⌠ ⌡ − + − + − u2 2 u 1 2 u 2 3 u u = = d ⌠ ⌡ − u 2 4 u u u = d ⌠ ⌡ − u 2 4 u u − u 2 4 u u = d ⌠ ⌡ − u 4 − u 2 4 u u = d ⌠ ⌡ − u 4 − ( ) − u 2 2 4 u no intervalo 0 < θ < pi 2 podemos considerar − u 2 = 2 ( )sec θ => u = 2 ( )sec θ + 2 => du = 2 ( )sec θ ( )tg θ dθ assim, temos: − u 4 = − 2 ( )sec θ 2 Page 4 e − ( ) − u 2 2 4 = − ( ) + − 2 ( )sec θ 2 2 2 4 = − 4 ( )sec θ 2 4 = = 2 − ( )sec θ 2 1 = 2 ( )tg θ 2 = 2 ( )tg θ subtituindo estes valores em I , temos: I = d ⌠ ⌡ ( ) − 2 ( )sec θ 2 2 ( )sec θ ( )tg θ 2 ( )tg θ θ = d ⌠ ⌡ − 2 ( )sec θ 2 2 ( )sec θ θ = − 2 d ⌠ ⌡ ( )sec θ 2 θ 2 d⌠⌡ ( )sec θ θ = = 2 ( )tg θ −2 ln( | sec(θ) + tg(θ) | ) + K mas temos que: − u 2 = 2 ( )sec θ => sec(θ) = − u 2 2 e que: − ( ) − u 2 2 4 = 2 tg(θ) => tg(θ) = − ( ) − u 2 2 4 2 substituindo em I , temos: I = 2 − ( ) − u 2 2 4 2 −2 ln( | − u 2 2 + − ( ) − u 2 2 4 2 | ) + K mas temos que: u = x + 1 substituindo em I , temos: I = − ( ) + − x 1 2 2 4 −2 ln( | + − x 1 2 2 + − ( ) + − x 1 2 2 4 2 | ) + K = = − ( ) − x 1 2 4 −2 ln( | − x 1 2 + − ( ) − x 1 2 4 2 | ) + K = = − − x 2 2 x 3 −2 ln( | − + x 1 − − x 2 2 x 3 2 | ) + K ---------------------------------------- Page 5 4) I = d ⌠ ⌡ 1 ( ) − − x2 2 x 3 3 2 x ; Solução I = d ⌠ ⌡ 1 ( ) − − x2 2 x 3 3 2 x = d ⌠ ⌡ 1 [ ] − ( ) − x 1 2 4 3 2 x = d ⌠ ⌡ 1 [ ] − ( ) − x 1 2 4 3 x no intervalo ≤ 0 θ e θ < pi 2 podemos considerar − x 1 = 2 sec(θ) => x = 2 sec(θ) + 1 => dx = 2 sec(θ) tg(θ) dθ e [ ] − ( ) − x 1 2 4 3 = − ( )2 ( )sec θ 2 4 3 = 23 − ( )sec θ 2 1 3 = 8 ( )tg θ 2 3 = 8 ( )tg θ 3 substituindo estes valores em I , temos: I = d ⌠ ⌡ 2 ( )sec θ ( )tg θ 8 ( )tg θ 3 θ = 1 4 d ⌠ ⌡ ( )sec θ ( )tg θ 2 θ = 1 4 d ⌠ ⌡ ( )cos θ ( )sen θ 2 θ considerando u = sen(θ) => du = cos(θ) dθ substituindo em I , temos: I = 1 4 d ⌠ ⌡ 1 u 2 u = − 1 4 u + K substituindo u por seu valor inicial, temos: Page 6 I = − 1 4 ( )sen θ + K como temos que: − x 1 = 2 sec(θ) = 2( )cos θ => cos(θ) = 2 − x 1 e que: [ ] − ( ) − x 1 2 4 3 = 8 ( )tg θ 3 = 8 ( )sen θ ( )cos θ 3 => 8 ( )sen θ ( )cos θ = − ( ) − x 1 2 4 => => 8 sen(θ) = ( )cos θ − ( ) − x 1 2 4 = 2 − x 1 − ( ) − x 1 2 4 = 2 − ( ) − x 1 2 4 ( ) − x 1 2 = = 2 − 1 2 − x 1 2 => sen(θ) = 1 4 − 1 2 − x 1 2logo, I = 1 16 − 1 2 − x 1 2 + K ----------------------------------------- 5) I = d ⌠ ⌡ 1 ( ) + x 2 + + x2 4 x 3 x ; Solução I = d ⌠ ⌡ 1 ( ) + x 2 + + x2 4 x 3 x = d ⌠ ⌡ 1 ( ) + x 2 − ( ) + x 2 2 1 x no intervalo 0 < θ < pi 2 Page 7 podemos considerar x + 2 = sec(θ) => x = sec(θ) −2 => dx = sec(θ) tg(θ) dθ e − ( ) + x 2 2 1 = − ( )sec θ 2 1 = ( )tg θ 2 = tg(θ) substituindo estes valores em I , temos: I = d ⌠ ⌡ ( )sec θ ( )tg θ ( )sec θ ( )tg θ θ = d ⌠ ⌡1 θ = θ + K como temos que: x + 2 = sec(θ) => θ = arcsec( x + 2 ) logo, I = arcsec( x + 2 ) + K ---------------------------------------- ============================================ Jailson Marinho Cardoso Aluno do curso de Matemática Universidade Federal da Paraíba Campus I 31/07/2000 ============================================ Page 8
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