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ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 1 CÁLCULO – II INTEGRAL ENGENHARIA Prof. Luiz Elpídio Melo Machado Versão 2020/1 ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 2 SUMÁRIO 1 – INTEGRAL INDEFINIDA ................................................................................... 3 1.1 – Teoremas ........................................................................................................................ 3 1.2 – Exemplos ......................................................................................................................... 4 1.3 – Exercícios ........................................................................................................................ 5 1.4 Respostas e resoluções ..................................................................................................... 7 1.5 Bibliografia ........................................................................................................................ 10 2 – TÉCNICAS DE INTEGRAÇÃO ........................................................................ 11 2.1 Integração por substituição .............................................................................................. 11 Teorema –16 A regra da cadeia para a antidiferenciação ............................................................... 11 2.2 Exemplo ........................................................................................................................... 12 2.3 Exercícios ......................................................................................................................... 13 Respostas .............................................................................................................................. 16 2.2 – Integração de fração algébrica por frações parciais de denominador linear ................. 21 Exemplo.......................................................................................................................................... 22 Exercícios ....................................................................................................................................... 22 Respostas....................................................................................................................................... 23 2.3 – Integração por partes .................................................................................................... 28 Exemplos ................................................................................................................................ 28 Exercícios ............................................................................................................................... 28 Respostas e resoluções ......................................................................................................... 29 Bibliografia .............................................................................................................................. 29 ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 3 1 – INTEGRAL INDEFINIDA Definição Uma função F será chamada de integral indefinida (ou antiderivada, ou primitiva) de uma função f num intervalo I , se a derivada de primeira ordem da função F for igual à função f para todo número pertencente a I , IxfF x , / ou IxfF dx d x , . Se F for definida por 2xF x então, xF x 2 / . Assim, se f for a função por xf x 2 , podemos afirmar que f é a derivada de F e que F é uma antiderivada de f . O símbolo foi introduzido por Leibniz para convencionar a operação de antidiferenciação. Denotamos antiderivada ou integral indefinida por CFdxf xx onde xfF x / e dxfFd xx . 1.1 – Teoremas Teorema – 1 Se f e g forem duas funções, tais que // xx gf para todo x no intervalo I , então haverá uma constante K , tal que IxKgf xx , Teorema – 2 Se F for uma antiderivada particular de f em um intervalo I , então toda antiderivada de f em I será dada por CF x onde C é uma constante arbitrária e todas as antiderivadas de f em I poderão ser obtidas atribuindo valores específicos a C . Teorema – 3 dxfadxfa xx onde a é uma constante. Teorema – 4 Se 1f e 2f estão definidas no mesmo intervalo, então dxfdxfdxff xxxx 2121 . Teorema – 5 Se nfff ,...,, 21 estão definidas no mesmo intervalo, então dxfadxfadxfadxfafafa xnnxxxnnxx ...... 22112211 onde naaa ,...,, 21 são constantes. ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 4 Teorema – 6 Se n for um número racional e 1n , então C n x dxx n n 1 1 . Teorema – 7 Cxadxa Teorema – 8 Cxdxx cossen Teorema – 9 Cxdxx sencos Teorema – 10 Ctgxdxx 2sec Teorema – 11 Cgxdxxec cotcos 2 Teorema – 12 Cxdxtgxx secsec Teorema – 13 Cecxdxgxecx coscotcos Teorema – 14 Cedxe xx Teorema – 15 Cxdx x ln 1 1.2 – Exemplos Calcule a integral indefinida: Ex.-1 dxxxxx 72985 234 Ex.-2 dx x xx 1 Ex.-3 dx x xx 2 23 2 1 ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 5 Ex.-4 dt t t 3 4 2 75 Ex.-5 dxxecxtgx 2cossec3 Ex.-6 dx x xxg sen sen3cot2 2 Ex.-7 dxxgxtg 4cot 22 Ex.-8 dxe x 6 Ex.-9 dxex x3 Ex.-10 dxx 3 Ex.-11 dx x x 2 2 1.3 – Exercícios Resolva a antidiferencial determinando a primitiva da função: E-1. dxx 43 E-2. dxx 72 E-3. dx x 3 1 E-4. dt t 5 3 E-5. duu 2 3 5 E-6. dx x 3 2 E-7. dxx 3 210 E-8. dy y 3 3 E-9. dttt 326 E-10. dxxx 37 E-11. dxxx )4( 23 E-12. duuu 35 23 E-13. dyyy )32( 23 E-14. dxxx 24 5 E-15. dttt 223 E-16. dxxxx 1634 23 ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 7 E-17. dxxxxx )54648( 234 E-18. dxxx 32 832 E-19. dxxx 1 E-20. dxcbxax 2 E-21. dxxx 2 3 E-22. dx x x 1 E-23. dx xx 5 32 23 E-24. dx xx 24 11 3 E-25. dx x xx 442 E-26. dy y yy 12 24 E-27. dx x x 3 3 1 E-28. dt t t 3 3 127 E-29. dttt cos2sen3 E-30. dxxx )sen4cos5( E-31. dxx x 2cos sen E-32. dxxxgxec 2sec2cot.cos4 E-33. dttgtttec ).sec5cos3( 2 E-34. dxx x 2sen cos E-35. dtgg 22 3cot2 E-36. d tg cos cos43 2 E-37. dxe x8 E-38. dxe x 2 E-39. dxex x E-40. dxex x 6 3 E-41. dx x 4 E-42.dx x 5 E-43. dx x x 3 24 E-44. dx x xx 4 37 ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 7 1.4 Respostas e resoluções R - 1 C x dxx 5 3 3 5 4 R - 2 C x dxx 4 2 8 7 R - 3 C x ouC x dx x 2 2 3 2 1 2 1 R - 4 C t ouC t dt t 4 4 5 4 3 4 33 R - 5 Cuduu 2 5 25 2 3 R - 6 CxCxdx x 3 2 3 2 3 3 2 3 2 2 R - 7 Cxdxx 3 5 3 2 610 R - 8 Cydy y 3 2 3 2 93 R - 9 Ctdttt 3 10 32 5 9 6 R - 10 Cxdxxx 2 9 3 9 14 7 R - 11 C x xdxxx 3 )4( 3 423 R - 12 Cuuduuu 22 23 46 35 R - 13 Cy y dyyy 4 6 23 4 3 3 )32( ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 8 R - 14 Cxxdxxx 7 5 7 524 R - 15 Ctttdttt 322 3 1 323 R - 16 Cxxxxdxxxx 23423 3)1634( R - 17 Cxxxx x dxxxxx 5225 8 )54648( 234 5 234 R - 18 Cxxxdxxx 4332 22832 R - 19 C 3 2 5 2 1 2 3 2 5 xxdxxx R - 20 Kxcxbxadxcxbxa 232 23 R - 21 C xx dxxx 25 2 22 5 2 3 R - 22 Cxxdx x x 2 1 2 3 2 3 21 R - 23 Cx xx ouCxxxdx xx 5 31 535 32 2 12 23 R - 24 C xx xouCx x xC xx xdx xx 1 3 1 3 3 3 13 3 11 3 3 1 313 24 R - 25 Cx xx dx x xx 2 12 3 2 5 2 8 3 8 5 244 R - 26 Cyyydy y yy 2 1 2 5 2 924 2 5 4 9 212 ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 9 R - 27 Cxxdx x x 3 2 3 4 3 3 2 3 4 31 R - 28 Cttdt t 3 2 3 11 3 3 2 3 11 81 7 127 R - 29 Ctsentttsen 2cos3cos23 R - 30 Cxxsendxxsenx cos45)4cos5( R - 31 C sec cos 2 xdxx xsen R - 32 Cxtgxecdxxxgxec 2cos4sec2cot.cos4 2 R - 33 Ctgtdttgtttec sec5cot3).sec5cos3( 2 R - 34 C x cos cos 2 ecdxxsen x R - 35 Ctggdtgg 3cot23cot2 22 R - 36 Csend tg 4sec3 cos cos43 2 R - 37 Cedxe xx 88 R - 38 Cedxe xx 22 R - 39 Cexdxex xx 2 2 R - 40 Cexdxex xx 64 6 4 3 R - 41 Cxdx x ln4 4 ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 10 R - 42 Cxdx x ln5 5 R - 43 Cx x dx x x ln 24 23 2 R - 44 Cx x dx x xx ln2 77 24 3 1.5 Bibliografia LEITHOLD, L. Cálculo com geometria analítica. Tradução Cyro de Carvalho Patarra. Revisão técnica Wilson Castro Ferreira Junior e Silvio Pregnolatto. 3. ed. São Paulo: Ed. Harbra, 1994. v.1. 685p. TAN, S.T. Matemática aplicada á administração e economia. 5.ed. americana Trad. Edson de Faria. São Paulo: Pioneira Thompon Learning, 2003. 638p. ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 11 2 – TÉCNICAS DE INTEGRAÇÃO A seguir serão apresentadas as seguintes técnicas de integração: Integração por substituição; Integração de fração algébrica por frações parciais de denominador linear; Integração por partes. 2.1 Integração por substituição Teorema –16 A regra da cadeia para a antidiferenciação Seja g uma função diferenciável e seja o intervalo I a imagem de g . Suponha que f seja uma função definida em I e que F seja uma antiderivada de f em I . Então, CFdxgf xx gxg \ . dxgfI xg x \ seja xgu e dxgdu x \ então dufI u como CFI u temos que CFI xg . Algumas integrais C n bx dxbx n n 1 1 Cxkdx x k ln C na bax dxbax n n 1 1 Cbxdx bx ln 1 C a e dxe ax ax Cbxkdxbx k ln C a e dxe bax bax Cbaxa k dx bax k ln Cax a dxaxsen cos 1 Cbax a dxbaxsen cos 1 Cbxdxbxsen cos Caxsen a dxax 1 cos Cbaxsen a dxbax 1 cos Cbxsendxbx cos ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 12 Caxtg a dxax 1 sec2 Cbxtgdxbx 2sec Cbaxtg a dxbax 1 sec2 Caxg a dxaxec cot 1 cos 2 Cbaxg a dxbaxec cot 1 cos 2 Cbxgdxbxec cotcos 2 Cax a dxaxtgax sec 1 sec Cbxdxbxtgbx secsec Cbax a dxbaxtgbax sec 1 sec Caxec a dxaxgaxec cos 1 cotcos Cbxecdxbxgbxec coscotcos Cbaxec a dxbaxgbaxec cos 1 cotcos 2.2 Exemplo Calcule: Ex.-12 dxx 3 Ex.-13 dxx 34 Ex.-14 dxx 43 Ex.-15 dxx 8 2 Ex.-16 dxx 7 25 ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 13 Ex.-17 dxxx 202 1 Ex.-18 dxxx 1043 1 Ex.-19 dxxx 832 25 Ex.-20 dx x 3 14 2 Ex.-21 43 2 81 4 x dxx Ex.-22 dxxx 2047 93 Ex.-23 dxxx 1 2 Ex.-24 dxxx 2cos Ex.-25 dx x x sen Ex.-26 dxxx cos1sen Ex.-27 dxxxtg 2sec Ex.-28 dxxx 2cossen Ex.-29 2 4 x dx Ex.-30 13 2 x dxx Ex.-31 dx x xx 1 253 2 Ex.-32 dxx xln Ex.-33 dx x e x 2.3 Exercícios Efetue a antidiferenciação E-45. dxx 2 Resolução E-46. dxx 15 Resolução ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 14 E-47. dyy 41 Resolução E-48. dxx 7 3 Resolução E-49. dxx 19 16 Resolução E-50. dxxx 102 8 Resolução E-51. dxxx 1532 4 Resolução E-52. dx x 7 13 6 Resolução E-53. dx x x 114 3 62 Resolução E-54. dxx 3 43 Resolução E-55. dxx 3 26 Resolução E-56. drr 15 Resolução E-57. dxxx 9 2 Resolução E-58. dxxx 243 Resolução E-59. dxxx 1032 1 Resolução E-60. dxxx 62 12 Resolução E-61. dxxx 3 22495 Resolução E-62. 32 1x xdx Resolução E-63. 54 3 21 y dyy Resolução E-64. 13 2s sds Resolução E-65. dxxx 342 44 Resolução E-66. dxxx 53 54 Resolução E-67. dxxx 2 Resolução E-68. 3t tdt Resolução E-69. 71 2 r rdr Resolução E-70. dxxx 1223 1 Resolução E-71. dxxx 4135 1 Resolução E-72. d4cos Resolução E-73. dx x 3 sen Resolução dxxx 32 sen6 ResoluçãoENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 15 E-74. dtt t 24sen 2 Resolução E-75. dec 2cos 2 Resolução E-76. dx x x 93 2 52 Resolução E-77. 107x dx Resolução E-78. x dx 3 Resolução E-79. dx x x 4 3 2 Resolução E-80. dx x x 22 Resolução E-81. dx x x 15 3 3 2 Resolução E-82. dx xx x 1 12 Resolução E-83. dx x x 4 2 2 3 Resolução E-84. dx y y 23 45 2 Resolução E-85. dx x xxx 1 2523 3 235 Resolução E-86. xx dx ln Resolução E-87. xx dx 1 Resolução E-88. dxx x3ln 2 Resolução E-89. dx xx xx ln1 1lnln2 2 Resolução E-90. dx xxx x lnln 1ln2 2 Resolução E-91. dxe x4 Resolução E-92. dxe x7 Resolução E-93. dxe x3 Resolução E-94. dxe x6 Resolução E-95. dxe x 2 Resolução E-96. dxe x 5 Resolução E-97. dxxe x24 Resolução E-98. dxe x 12 Resolução E-99. dxe x52 Resolução E-100. dxee xx 23 Resolução E-101. dxex x322 Resolução ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 16 E-102. dx e e x x 23 3 21 Resolução E-103. dx e e x x21 Resolução E-104. dx e e x x 3 2 Resolução E-105. dx xx x ln1 ln2 2 Resolução E-106. dxxx 23 2 Resolução E-107. dxx x 2sen cos Resolução E-108. dxx x 2cos sen Resolução Respostas R - 45 Cx 232 3 2 R - 46 Cx 2315 15 2 R - 47 Cy 2341 6 1 R - 48 Cx 83 8 1 R - 49 Cx 2016 120 1 R - 50 Cx 112 8 22 1 R - 51 Cx 163 4 48 1 R - 52 Cx 613 3 1 R - 53 Cx 104 62 80 1 R - 54 Cx 3443 4 1 R - 55 Cx 3426 8 3 R - 56 Cr 2315 15 2 R - 57 Cx 232 9 3 1 R - 58 Cx 2324 R - 59 Cx 113 1 33 1 R - 60 Cx 72 12 28 1 R - 61 Cx 35249 8 3 R - 62 Cx 22 1 4 1 ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 20 R - 63 Cy 4421 32 1 R - 64 Cs 212 13 3 1 R - 65 Cx 3112 11 3 R - 66 Cx 235 53 45 2 R - 67 Cxx 2325 2 3 4 2 5 2 R - 68 Ctt 2123 363 3 2 R - 69 Crr 56 1 5 2 1 3 1 R - 70 Cxx 132142 1 26 1 1 28 1 R - 71 Cxx 453493 1 15 4 1 27 4 R - 72 C4sen 4 1 R - 73 C x 3 cos3 R - 74 Cx 3cos2 R - 75 Ct 24cos 16 1 R - 76 Cg 2cot 2 1 R - 77 Cx 83 52 48 1 R - 78 Cx 107ln 7 1 R - 79 Cx 3ln R - 80 Cx 4ln 2 3 2 R - 81 Cx 22ln 2 1 R - 82 Cx 15ln 5 1 3 R - 83 Cxx 1lnln ou Cxx 2ln R - 84 Cxxx 2ln42ln42 ou Cxx 4ln4 22 R - 85 Cyyy 32ln232 R - 86 Cxxx 1ln 3 2 2 33 R - 87 Cx lnln R - 88 Cx 1ln2 R - 89 C x 3 3ln 3 R - 90 C x 2 ln1 2 ou Cxx lnln 2 1 2 R - 91 Cxx lnlnln 2 ou Cx 1lnln2 R - 92 C e x 4 4 ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 21 R - 93 C e x 7 7 R - 94 C e x 3 3 R - 95 C e x 6 6 R - 96 Ce x 2 2 R - 97 Ce x 5 5 R - 98 C e x 8 2 4 R - 99 C e x 2 12 R - 100 C e x 5 52 R - 101 C e x 5 5 R - 102 C e x 6 32 R - 103 C e x 3216 1 R - 104 Cee xx ou C e e x x 1 R - 105 Cee xx 3ln3 R - 106 C x xx 2 ln1 ln12ln1ln3 2 ou Cxxx ln1ln3lnln 2 1 2 R - 107 Cxxx 272523 23 28 1 23 10 3 23 4 3 R - 108 C xsen 1 R - 109 C x cos 1 2.2 – Integração de fração algébrica por frações parciais de denominador linear Aplica-se integração por frações parciais em inte2grais do tipo dxP P x x 2 1 , onde xP1 e xP2 são polinômios e xP1 tem grau menor que xP2 . Os fatores xP2 são todos lineares e nenhum é repetido, ou seja, nnx bxabxabxaP ...22112 , então nn n x x bxa A bxa A bxa A P P ... 22 2 11 1 2 1 onde ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 22 dx bxa A bxa A bxa A dx P P nn n x x ... 22 2 11 1 2 1 ou dx bxa A dx bxa A dx bxa A dx P P nn n x x ... 22 2 11 1 2 1 Os fatores xP2 são todos lineares e alguns são repetidos, ou seja, nd nn dd x bxabxabxaP ... 21 22112 , então n d nn n dd x x bxa A bxa A bxa A P P ... 21 22 2 11 1 2 1 onde dx bxa A bxa A bxa A dx P P nd nn n dd x x ... 11 22 2 11 1 2 1 ou dx bxa A dx bxa A dx bxa A dx P P nd nn n dd x x ... 21 22 2 11 1 2 1 . Exemplo Resolva a integral usando frações parciais: Ex.-34 dx x x 4 23 2 Ex.-35 dx x 4 2 2 Ex.-36 dx x 9 2 2 Ex.-37 dx x x 9 42 2 Ex.-38 dx xx 9 2 2 Ex.-39 dx xx x 9 23 2 Ex.-40 dx xxx xx 6 745 23 23 Exercícios Resolva a integral usando frações parciais: ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 23 E-109. dx xx 2 3 2 E-110. dx xx x 2 32 2 E-111. dx xx 6 4 2 E-112. dx xx x 6 4 2 E-113. dx xx x 6 4 2 2 E-114. dx xx x 6 14 2 E-115. dx x 1 2 2 E-116. dx x x 1 2 2 E-117. dx x x 1 23 2 E-118. dx x xx 1 23 2 2 E-119. dx x 1 5 2 E-120. dx x x 1 5 2 E-121. xe dx 1 E-122. dx xx x ln1 ln2 2 Respostas R - 110 Cxx 1ln2ln R - 111 Cxx 1ln 3 5 2ln 3 1 R - 112 Cxx 2ln 5 4 3ln 5 4 R - 113 Cxx 2ln 5 8 3ln 5 12 R - 114 Cxxx 2ln 5 16 3ln 5 36 4 R - 115 Cxx 2ln 5 7 3ln 5 13 R - 116 Cxx 1ln1ln ou C x x 1 1 ln R - 117 Cxx 1ln 2 1 1ln 2 3 R - 118 Cxx 1ln 2 1 1ln 2 5 R - 119 Cxx 1ln3 R - 120 Cxx 1ln 2 5 1ln 2 5 R - 121 Cxx 1ln31ln2 R - 122 Cex x 1ln R - 123 Cxx ln1lnln1ln 2 1 ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 28 2.3 – Integração por partes Da fórmula da derivada do produto de duas funções obtemos um método de integração muito útil chamado integraçãopor partes. Se f e g forem funções diferenciáveis, então \\ xxxxxxx gfgfgfD \\ xxxxxxx gfgfDgf . Integrando ambos os membros, iremos obter dxgfdxgfDdxgf xxxxxxx \\ dxgfgfdxgf xxxxxx \\ . Para propósitos de cálculo existe uma maneira mais conveniente de escrever essa fórmula, tomando xgu e xfv , então dxgdu x \ e dxfdv x \ , assim sendo vduuvudv . Exemplos Resolva a integral: Ex.-41 dxxxcos Ex.-42 dxxx ln Ex.-43 dxex x2 Ex.-44 dxxsene x Ex.-45 dxx xln Exercícios Calcule E-123. dxxx 2sen E-124. dxxx 3sen E-125. dxxx 2cos E-126. dxxx 3cos E-127. dxxe x2 E-128. dxxe x3 E-129. dxxx 2ln E-130. dxxx 3ln E-131. dxxx cos 2 E-132. dxxx sen 2 ENGENHARIA UEMG CÁLCULO II – ANTIDIFERENCIAÇÃO www.aprendermais.net.br 29 E-133. dxxx ln 2 E-134. E-135. Respostas e resoluções R - 124 Cxsenx x 2 4 1 2cos 2 R - 125 Cxsenx x 3 9 1 3cos 3 R - 126 Cxxsen x 2cos 4 1 2 2 R - 127 Cxxsen x 3cos 9 1 3 3 R - 128 Cee x xx 22 4 1 2 R - 129 Cee x xx 33 9 1 3 R - 130 C x x x 4 2ln 2 22 R - 131 C x x x 4 3ln 2 22 R - 132 Cxsenxxxsenx 2cos22 R - 133 Cxxxsenxx cos22cos2 R - 134 C x x x 9 ln 3 33 Bibliografia LEITHOLD, L. Cálculo com geometria analítica. Tradução Cyro de Carvalho Patarra. Revisão técnica Wilson Castro Ferreira Junior e Silvio Pregnolatto. 3. ed. São Paulo: Ed. Harbra, 1994. v.1. 685p. TAN, S.T. Matemática aplicada á administração e economia. 5.ed. americana Trad. Edson de Faria. São Paulo: Pioneira Thompon Learning, 2003. 638p.
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