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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS FÍSICAS E MATEMÁTICA DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA DISCIPLINA: CÁLCULO I PROFESSOR: MARCOS MARTINS LISTA DE EXERCÍCIOS - INTEGRAIS (Resoluções) 1) Calcular a integral 3 0 ( )f x dx onde ( )f x Temos: 3 2 3 2 3 0 0 2 0 2 ( ) ( ) ( ) 7 3f x dx f x dx f x dx x dx x dx # Uma primitiva de ( ) 7f x x é 2 1( ) 7 2 x F x x , pois 2 12 1 2 ( ) (7 ) 7 7 2 2 xx F x x x . # Uma primitiva de ( ) 3f x x é 2 2 ( ) 3 2 x F x x , pois 2 12 2 2 ( ) (3 ) 3 3 2 2 xx F x x x . # Pelo Teorema Fundamental do Cálculo temos: 2 3 3 2 22 3 1 20 2 0 0 2 2 2 2 2 ( ) 7 3( ) ( ) 2 2 2 0 3 2 7 2 7 0 3 3 3 2 2 2 2 2 9 14 2 0 9 2 6 2 27 12 8 2 35 2 x x f x dx x xF x F x # Portanto, 3 0 35 ( ) 2 f x dx 7 , 2 3, 2 x se x x se x 2 2) Determinar o valor das seguintes integrais aplicando o Teorema Fundamental do Cálculo. a) 2 3 2 0 5 2x x dx Resolução: Desenvolvendo o cubo e efetuando o produto temos: 2 2 3 2 6 4 2 0 0 2 7 5 3 0 5 2 ( 15 75 125) 2 2 30 150 250 x x dx x x x x dx x x x x dx # Assim, vem: 2 2 2 2 2 7 5 3 7 5 3 0 0 0 0 0 2 30 150 250 2 30 150 250x x x x dx x dx x dx x dx x dx # Aplicando o T.F.C. em cada uma das integrais vem: 2 2 2 2 2 3 2 7 5 3 0 0 0 0 0 2 2 2 2 8 6 4 2 0 0 0 0 8 8 6 6 4 4 2 2 5 2 2 30 150 250 2 30 150 250 8 6 4 2 2 0 2 0 2 0 2 0 2 30 150 250 8 8 6 6 4 4 2 2 64 2 32 30 150 4 6 x x dx x dx x dx x dx x dx x x x x 250 2 64 320 600 500 1484 # Portanto 2 2 3 0 ( 5) 2 1484x x dx b) 2 0 ( cos )x x dx Resolução: Uma primitiva de ( ) cosf x x x é 2 ( ) 2 x F x sen x , pois 2 2 12 ( ) cos cos 2 2 x F x sen x x x x x . # Aplicando o T.F.C. vem: 2 2 2 2 22 2 0 0 02 ( cos ) 0 1 0 1 2 2 2 2 8 8 x x x dx sen x sen sen # Portanto 22 0 ( cos ) 1 8 x x dx . 3 c) 1 3 0 ( 6 8)x x dx Resolução: Temos: 1 1 1 1 3 3 0 0 0 0 ( 6 8) 6 8x x dx x dx x dx dx # Aplicando o T.F.C. vem: 111 1 1 4 2 4 4 2 2 13 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 6 8 6 8 6 8 (1 0) 4 2 4 4 2 2 1 1 1 21 6 8 1 3 8 4 2 4 4 x x x dx x dx dx x # Portanto 1 3 0 21 ( 6 8) 4 x x dx d) 4 2 0 sec x dx Resolução: Uma primitiva da função 2( ) secf x x é ( )F x tgx , pois 2( ) ( ) secF x tg x x # Aplicando o T.F.C. vem: 4 2 4 0 0 sec 0 1 0 1 4 x dx tg x tg tg # Portanto, 4 2 0 sec 1x dx e) 2 0 xe dx Resolução: Uma primitiva de ( ) xf x e é xF x e , pois '( ) xF x e # Então, aplicando o T.F. C. vem: 2 2 2 0 2 0 0 1x xe dx e e e e # Portanto, 2 2 0 1xe dx e 3) Determinar a função primitiva F x da função f x , onde: a) 2( ) 5 7 2f x x x Resolução: Encontrar uma primitiva de ( )f x é encontrar uma função ( )F x cuja derivada seja ( )f x . 4 Assim, 3 2 ( ) 5 7 2 3 2 x x F x x C onde C é uma constante, pois: 3 2 ( ) 5 7 2 ( ) 3 2 3 5 x x F x x C 3 1 3 x 2 7 2 1 2 x 1 1 2 2 0 5 7 2 x x x b) 5 4( )f x x Resolução: Temos que 1 1 n n xx dx C n . Então uma primitiva da função dada será: 5 1 1 14 4 4( ) 4 5 1 1 4 4 x x F x x C pois, 1 4( ) 4 4F x x C 1 4 1 5 5 1 4 4 40 1x x x c) 1 ( )f x x x Resolução: Note que 3 2 33 2 1 1 1 ( )f x x x x x x # Então, segue que uma primitiva da função dada será: 3 1 1 12 2 2( ) 2 3 1 1 2 2 x x F x C C x C , Pois 1 2( ) 2 2F x x C 1 2 31 1 22 3 2 2 1 1 1 0x x x xx x x d) 1 ( ) 1 f x x para 1x . Resolução: Observemos que ln | | dx x C x . Assim: 5 # 1 ( ) 1 f x x “se parece” com 1 x . Logo, uma primitiva de ( )f x deve ser ( ) ln | 1|F x x C . # Vamos então verificar o que acorre com '( )F x : 1 1 1 ( ) ln 1 1 0 1 0 1 1 1 F x x C x x x x . # Então, de fato, ( ) ln( 1)F x x C é uma primitiva de 1 ( ) 1 f x x para 1x . e) 4( ) xf x e Resolução: Sabendo que a derivada da função ( ) xf x e é a própria função exponencial, então uma primitiva de 4( ) xf x e poderia ser 4( ) xF x e C . No entanto, 4 4 4( ) (4 ) 0 4x x xF x e C e x e , que não corresponde à função dada. # Assim, uma primitiva da função dada será 4 ( ) 4 xe F x C , pois, 4 4 41 1 1( ) 4 0 4 4 4 4 x x xeF x C e C e x 4 4xe 40 xe . # Portanto, uma primitiva para a função 4( ) xf x e é a função 4 ( ) 4 xe F x C . 4) Encontrar uma função primitiva F x da função f x dada, que satisfaça a condição inicial dada, onde: a) 21( ) 2 cos 2 f x sen x x x tal que 2 4 2 F Resolução: Uma primitivada função dada tem a forma: 3 31 ( ) 2 ( cos ) 2cos 2 3 6 x x F x x sen x C x sen x C , onde C é uma constante real qualquer, pois: 6 3 ( ) 2cos 6 1 2 ( ) cos 6 x F x x sen x C senx x 3 2 2 0 1 2 cos 2 ( ) x sen x x x f x # Mas, devemos ter ( )F x tal que 2 4 2 F e isso nos dará um valor específico para C. Então: 3 3 3 3 3 1 2 2cos 4 4 4 6 4 2 2 2 1 2 2 2 2 6 64 2 2 2 2 2 2 2 384 2 2 2 2 384 2 384 F sen C C C C C # Logo, a primitiva da função dada que satisfaz a condição inicial é a função: 3 3 ( ) 2cos 6 384 x F x x sen x b) 2 3( )f x x x tal que 1 (1) 2 F . Resolução: Devemos ter 2 1 1 11 1 2 23 3 3( ) 3 2 11 1 2 2 1 3 3 x x x x x F x C C x C , pois 7 1 2 3'( ) 3 3 2 x F x x C 1 3 1 1 3 1 2 x 2 2 1 2 3 0 ( ) x x x f x # Pela condição inicial, devemos ter 1 (1) 2 F . Assim: 2 1 3 1 1 (1) 3 1 2 2 1 1 3 2 2 3 F C C C # Portanto, uma primitiva da função dada que satisfaz a condição inicial é a função 1 2 3( ) 3 3 2 x F x x . c) ( ) sec cosf x x tg x x tal que 2 3 F Resolução: ( ) secF x x sen x C , pois ( ) (sec ) ( ) ( ) sec cos 0 sec cos ( ) F x x sen x C x tg x x x tg x x f x # Porém, pela condição inicial devemos ter 2 3 F . Assim: sec 2 3 3 3 3 2 2 2 3 2 F sen C C C # Logo, a primitiva da função dada que satisfaz a condição inicial é a função 3 ( ) sec 2 F x x sen x 8 d) 3( ) xf x x x e tal que (0) 2F . Resolução: Podemos escrever a função dada, da seguinte maneira: 43 3 3 4 3( ) x x xf x x x e x e x e . # Uma primitiva da função dada tem a forma: 4 7 1 73 3 3 3 ( ) 4 7 7 1 3 3 x x xx xF x e C e C x e C , pois é possível verificar que ( ) ( )F x f x (VERIFIQUE!) . # Para satisfazer a condição inicial devemos ter: 7 0 3 3 (0) 0 2 7 0 1 2 1 F e C C C # Logo, a primitiva da função dada que satisfaz a condição inicial é a função 7 3 3 ( ) 1 7 xF x x e e) 2 2( ) 2cossec sec cosf x x x x tal que 2 3 F . Resolução: Uma primitiva da função dada é ( ) 2cotgF x x tg x sen x C , pois 2 2 2 2 ( ) 2 (cotg ) ( ) ( ) ( ) 2 ( cossec ) sec cos 0 2cossec sec cos ( ) F x x tg x sen x C x x x x x x f x # Para satisfazer a condição inicial devemos ter: 3 3 2 cotg 2 2 3 2 3 3 3 3 3 2 7 3 2 6 F tg sen C C C 9 # Logo, a primitiva da função dada que satisfaz a condição inicial é a função 7 3 ( ) 2cotg 2 6 F x x tg x sen x 5) Calcular as integrais a) 2 2cot secg x x dx Resolução: Esta função pode ser escrita da seguinte forma 2cos x 2 2 1 cossen x x 2 2 1 cossecdx dx x dx sen x , # Assim, vem: 2 2 2cotg sec cossec cotgx x dx x dx x C # Portanto, 2 2cotg sec cotgx x dx x C b) 2 2( 2) ( 2)x x dx Resolução: Desenvolvendo os quadrados temos 4 4( 4 4) ( 4 4)x x x x dx # Efetuando o produto vem: 2 2 4 2( 2) ( 2) 8 16x x dx x x dx # Assim, vem: 2 2 4 2 4 2 5 3 ( 2) ( 2) 8 16 8 16 8 16 5 3 x x dx x x dx x dx x dx dx x x x C . # Portanto, 5 2 2 38( 2) ( 2) 16 5 3 x x x dx x x C . 10 c) 3 7 costt t dt Resolução: Temos: 3 3 3 1 2 7 cos 7 cos 7 3 1 ln 7 7 2 ln 7 t t t t t t dt t dt dt t dt t sent C t sent C # Portanto, 3 2 1 7 7 cos 2 ln 7 t tt t dt t sent C d) 1 3 3 2 2x dx x Resolução: Podemos reescrever a função integrando como segue 3 1 1 1 1 2 2 23 3 3 13 3 3 3 2 23 2 3 2 3 2 3 3 2 2 2 2 2 x x x x x x x x x x x x # Então: 1 23 1 3 3 2 2 2 x dx x x dx x # Assim, vem: 1 2 23 1 3 3 3 2 2 1 3 1 3 1 3 2 1 2 2 ln 2 2 1 3 ln 2 1 3 ln 6 x dx x x dx dx x dx xx x x C x x C x x C 11 # Portanto, 1 13 3 3 2 2 ln | | 6 x dx x x C x . e) 2cossec sec x dx x Resolução: Podemos reescrever a função integrando como segue: 2 2 2 1 cossec 1 cos 1 cos cotg cossec 1sec cos x xsen x x x x x sen x sen x sen x x # Então: 2cossec cotg cossec sec x dx x x dx x # Assim, vem: cotg cossec cotgx x dx x C # Portanto, 2cossec cotg sec x dx x C x f) 1 3 2 0 ( 1)x x dx Resolução: 1 1 1 1 3 2 3 2 0 0 0 0 1 1 4 3 1 0 0 0 1 4 3 1 1 1 4 3 19 12 x x dx x dx x dx dx x x x g) 4 0 (cos 2 )x sen x dx Resolução: Temos: 12 4 4 4 0 0 0 4 4 0 0 (cos2 ) cos 2 2 cos 0 2 cos cos 0 4 4 2 2 0 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 x sen x dx x dx sen x dx sen x x sen sen # Portanto, 4 0 2 (cos 2 ) 2 2 x sen x dx 6) Determinar o valor das integrais abaixo. a) 3 4 7 5 dx x Resolução: Fazendo a substituição de 7 5x por u , na integral dada, vem: 7 5 5 5 u x du dx du dx # Assim: 3 3 3 4 4 4 5 57 5 du dx u du ux # Consultando a tabela de integrais imediatas, vem: 3 1 2 3 2 2 4 4 4 2 2 5 5 3 1 5 2 5 5 u u u du C C u C C u # Como 7 5u x , temos: 3 22 4 2 2 5 5 5 7 5 u du C C u x 13 # Portanto, 3 2 4 2 7 5 5 7 5 dx C x x b) 2 1 dx x Resolução: 2 2 1 dx x dx x # Consultando a tabela de integrais imediatas, vem: 2 1 1 2 1 2 1 1 x x x dx C C C x # Portanto, 2 1 1 dx C x x c) cos 7t dt Resolução: Fazendo a substituição de 7t por u , na integral dada, vem: 7 7 7 u t du dt du dt # Assim: 1 cos 7 cos cos 7 7 du t dt u u du # Consultando a tabela de integrais imediatas, vem: 1 1 cos 7 7 7 senu u du senu C C # Como 7u t , temos: 71 cos 7 7 7 sen tsenu u du C C # Portanto, 7 cos 7 7 sen t t dt C 14 d) 2 42x x dx Resolução: Note que é possível colocar 2x em evidência e retirá-lo do radical. Isso é necessário, pois uma mudança de variável imediata não resolve a questão. Assim: 2 4 2 2 22 1 2 1 2x x dx x x dx x x dx # Fazendo a substituição de 21 2x por u , na integral dada, vem: 21 2 44 u x du dx xdu x dx # Assim: 21 2x x dx x 4 du u x 1 2 1 4 u du # Consultando a tabela de integrais imediatas, vem: 1 3 1 1 32 2 2 2 1 1 1 2 1 14 4 4 3 6 1 2 u u u du C C u C # Como 21 2u x , temos: 1 3 3 22 2 2 1 1 1 1 2 4 6 6 u du u C x C # Portanto, 3 2 4 2 2 1 2 1 2 6 x x dx x C e) 2 3 dx x Resolução: Esta integral pode ser reescrita como segue 2 22 223 3 3 dx dx dx x x x # Pelo item 13 da tabela de integrais imediatas, vem: 2 2 1 arctg , onde : 3 3 33 dx x C a x . 15 # Racionalizando 1 3 1 1 3 3 33 3 3 , vem: 2 2 1 3 arctg arctg 33 3 33 dx x x C C x # Portanto, 2 3 arctg 3 3 3 dx x C x . f) 2 3 0 cos x sen x dx Resolução: Fazendo a substituição de cos x por u , na integral dada, vem: cos ; 0 1; 0 2 u x du dx u u du sen x dx sen x # Assim: 2 3 3 0 cos x sen x dx u sen x du sen x 0 0 3 1 1 u du # Consultando a tabela de integrais imediatas, vem: 0 00 3 1 3 4 4 4 1 11 1 1 1 0 1 3 1 4 4 4 u u du u # Portanto, 2 3 0 1 cos 4 x sen x dx g) 4 5 1 ln t dt t Resolução: É importante observar que fazendo a substituição 5u t , sua derivada não estará na função integrando e isso não facilitará a resolução. Usaremos então a seguinte propriedade logarítmica: log log cb b a ac . # Então: 5ln 5 lnt t . Assim: 16 4 4 45 1 1 1 ln 5 ln ln 5 t t t dt dt dt t t t # Fazendo a substituição de ln t por u , na integral dada, vem: ln ; 1 ln 1 ; 4 ln 41 u t dt t du u u du dt t # Assim: 4 1 ln 5 5 t u dt t t ln 4 ln 1 t ln 4 ln 1 5du u du # Consultando a tabela de integrais imediatas, vem: ln 4 ln 4ln 4 1 1 2 2 2 22 2 ln 1 ln 1ln 1 5 5 5 5 5 5 ln 4 ln 1 ln 4 0 ln 4 1 1 2 2 2 2 u u du u # Portanto, 4 5 2 1 ln 5 ln 4 2 t dt t h) 3 2 0 1 x dx x Resolução: Fazendo a substituição de 2 1x por u , na integral dada, vem: 2 1 ; 0 1; 3 10 22 u x du dx u u xdu x dx # Assim: 3 2 0 1 x x dx x 10 1 2 du xu 10 1 2 1 1 2 u du # Consultando a tabela de integrais imediatas, vem: 10 10 1 1 110 1 2 2 10 2 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 12 2 2 1 2 2 u u u du u 17 # Portanto, 3 2 0 10 1 1 x dx x 7) Calcular a área assinalada das figuras abaixo: a) Onde 4 2 y f x x . Resolução: A área será dada por b a A f x dx , onde 4 2 f x x , com 1 3x . Assim: 3 3 4 4 1 1 2 2 b a A f x dx dx x dx x Observação: Note que a região é limitada superiormente por 4 2 y f x x e inferiormente pelo eixo 0x y g x . # Consultando a tabela de integrais imediatas, vem: 3 33 4 1 4 3 3 3 1 11 2 1 2 1 1 2 1 2 26 52 2 2 1 u.a. 4 1 3 3 3 1 3 27 3 27 81 x A x dx x 18 b) Onde 1y f x x . Resolução: Novamente a área será dada por b a A f x dx , onde 1f x x , com 0 4x . Assim: 4 4 4 0 0 0 1 b a A f x dx x dx x dx dx Observação: Note que a região é limitada superiormente por 1y f x x e inferiormente pelo eixo 0x y g x . # Consultando a tabela de integrais imediatas, vem: 4 4 4 4 1 1 2 2 2 4 4 0 0 0 0 0 0 4 0 4 0 12 u.a 1 1 2 2 2 x x A x dx dx x x c) Onde y f x x . 19 Resolução: Novamente a área será dada por b a A f x dx , onde f x x , com 0 4x . Assim: 4 4 1 2 0 0 b a A f x dx x dx x dx Observação: Note que a região é limitada superiormente por y f x x e inferiormente pelo eixo 0x y g x . # Consultando a tabela de integrais imediatas, vem: 4 4 1 3 1 44 1 2 2 2 0 0 0 0 2 2 16 4 4 0 0 u.a. 1 3 3 3 3 1 2 2 x x A x dx x x 8) Determinar a área da região limitada por y f x x e 2y g x x x . Resolução: Aplicando os passos (1, 2 e 3) descritos a seguir, vem: (1º Passo) Gráfico da região: (2º Passo) Determinação dos limites de integração: 2 2 1 22 0 2 0 0 ou 2f x g x x x x x x x x x x . (3º Passo) Cálculo da área: 20 # A área será dada por b a A f x g x dx , onde f x x e 2g x x x , com 0 2x . Assim: 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 0 2 2 b a A f x g x dx x x x dx x x dx x dx x dx Observação: Note que a região é limitada superiormente por y f x x e inferiormente por 2y g x x x . # Consultando a tabela de integrais imediatas, vem: 2 2 2 2 2 3 2 2 3 3 2 0 0 0 0 2 0 2 0 4 2 2 2 u.a. 2 3 2 2 3 2 3 x x A x dx x dx 9) Determinar a área da região limitada por 1y f x x , o eixo x e as retas 2x e 0x . Resolução: Aplicando os passos (1, 2 e 3) sugeridos abaixo, vem: (1º Passo) Gráfico da região: (2º Passo) Determinação dos limites de integração: Os limites de integração já foram definidos na própria questão (e como pode ser visualizado no gráfico), ou seja, 2 0x . (3º Passo) Cálculo da área: # A área será dada por b a A f x dx , 21 onde 1f x x , com 2 0x . Assim: 0 0 0 2 2 2 1 b a A f x dx x dx x dx dx Observação: Note que a região é limitada superiormente por 1y f x x e inferiormente pelo eixo 0x y g x . # Consultando a tabela de integrais imediatas, vem: 0 20 0 2 2 0 2 2 2 2 20 0 2 4 u.a. 2 2 2 x A x dx dx x 10) Determinar a área da região limitada por 2y f x x e 2 4y g x x x . Resolução: Aplicando os passos (1, 2 e 3) sugeridos abaixo, vem: (1º Passo) Gráfico da região: (2º Passo) Determinação dos limites de integração: 2 2 2 1 24 2 4 0 2 2 0 0 ou 2f x g x x x x x x x x x x . (3º Passo) Cálculo da área: # A área será dada por b a A x x f x dx , onde 2f x x e 2 4g x x x , com 0 2x . Assim: 22 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 0 4 2 4 2 4 b a A g x f x dx x x x dx x x dx x dx x dx Observação: Note que a região é limitada superiormente por 2 4y g x x x e inferiormente por 2y f x x . # Consultando a tabela de integrais imediatas, vem: 2 2 2 2 2 3 2 3 3 2 2 0 0 0 0 2 2 8 2 4 2 2 0 2 2 0 u.a. 3 3 3 A x dx x dx x x 11) Calcular a área da região limitada por 1 y f x x , o eixo x e as retas 1x e 4x . Resolução: Aplicando os passos (1, 2 e 3) sugeridos abaixo, vem: (1º Passo) Gráfico da região: (2º Passo) Determinação dos limites de integração: Os limites de integração já foram definidos na própria questão (e como pode ser visualizado no gráfico), ou seja, 1 4x . (3º Passo) Cálculo da área: # A área será dada por b a A f x dx , onde 1 f x x , com 1 4x . Assim: 4 4 1 2 1 1 1 b a A f x dx dx x dx x 23 Observação: Note que a região é limitada superiormente por 1 y f x x e inferiormente pelo eixo 0x y g x . # Consultando a tabela de integrais imediatas, vem: 4 4 1 1 4 2 2 1 1 1 2 2 2 4 1 2 u.a.A x dx x x
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