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Caro estudante, nesta unidade vamos introduzir novos conceitos, estritamente ligados
às derivadas. O conceito de integral é bem assimilado por estudantes que tiverem bom domínio
da derivada e de todas as técnicas de derivação, pois, integral é uma operação inversa da
derivada.
Portanto recomenda-se que o estudante faça uma revisão da unidade 3 para melhor se integrar
nesta unidade. Boa sorte
Lê com atenção as definições e acompanhe atentamente os exemplos resolvidos, resolva os
mesmos exemplos para consolidar as matérias novas aprendidas.
No final da unidade você irá encontrar exercícios propostos que deverá resolver sóozinho.
O recurso à consulta da solução deve ser depois de ter tentado sóozinho ou em grupo de estudo.
Parte A
Algumas considerações teóricas
1. Primitiva e Integral indefinido
Definição 1: Se D é um conjunto de números reais e f é uma função de D em R, diz-se que uma
função F de D em R é uma primitiva de f se a derivada de F for igual a f, isto é F’(x) = f(x). Se f
tiver uma primitiva, diz-se que f é primitivável.
Exemplo: Determinar a primitiva da função ( ) 23xxf = .
Segundo a definição, verifica-se imediatamente que a primitiva de ( ) 23xxf = é ( ) 3xxF = .
Visto que ( ) 23 3xx =′ .
Observa-se facilmente que se a função f(x) admite uma primitiva, esta não é única.
Assim no exemplo precedente, poderíamos tomar como primitivas as funções seguintes:
( ) 3xxF = , ( ) 13 += xxF , ( ) 53 −= xxF
ou em geral ( ) CxxF += 3 (onde C é uma constante arbitrária).
Teorema 1: Se F1 e F2 são quaisquer duas primitivas de f, no intervalo D, a sua diferença é
uma constante.
Definição 2: Chama-se integral indefinida da função f(x) e denota-se por ∫ dxxf )( a toda
expressão da forma ( ) CxF + , em que ( )xF é uma primitiva de f(x). Assim por definição,
∫ += CxFdxxf )()( , se )()( xfxF =′ .
A integral também é conhecida como antiderivada.
A partir da definição da integral podemos constatar o seguinte:
1. A derivada dum integral indefinido é igual à função a integrar, isto é, se )()( xfxF =′ então
( ) ( ) )()()( xfCxFdxxf =′+=′∫ .
2. O diferencial dum integral indefinido é igual à expressão sob o sinal de integral (soma)
( ) dxxfdxxfd )()( =∫ .
3. O integral indefinido do diferencial duma certa função é igual à soma desta função e duma
constante arbitrária ∫ += CxFxdF )()(
• Propriedades do integral indefinido
Teorema 2. O integral indefinido da Soma algébrica de duas ou várias funções é igual à soma
algébrica dos seus integrais. [ ] ( )dxxgdxxfdxxgxf ∫ ∫∫ +=+ )()()( .
Teorema 3. O integral indefinido do produto de uma constante por função é igual ao produto da
constante pela integral da função. ∫ ∫= dxxfkdxxkf )()( .
• Primitivas de algumas funções elementares
Nas fórmulas que se segue C designa uma constante arbitrária:
1. ( )∫ −≠++=
+
1
1
1
α
α
α
α Cxdxx 2. ∫ += Cxx
dx ln
3. ∫ +−= Cxsenxdx cos 4. ∫ += Csenxxdxcos
5. ∫ += Ctgxx
dx
2cos
6. ∫ +−= Cgxxsen
dx cot2
7. ∫ +−= Cxtgxdx cosln 8. ∫ += Csenxgxdx lncot
9. ∫ += Cedxe xx 10. ∫ += Ca
adxa
x
x
ln
11. ∫ +=+ Ca
xarctg
axa
dx 1
22 12. ∫ +−
+
=
−
C
xa
xa
axa
dx ln
2
1
22
13. ∫ +=
−
C
a
xarcsen
xa
dx
22
14. ∫ +±+=
±
Caxx
ax
dx 22
22
ln
Exemplos:
Calcule os seguintes integrais: a) ∫ dxx3 b) ( )∫ +− dxxsenxx 52 c) ∫ + 24 x
dx
Resolução:
a) Cxdxx +=∫ 43 4
1
b) ( )∫ +− dxxsenxx 52 = ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ∫+−=+− dxxsenxdxxdxdxxsenxdxxdx 2
1
5252 =
CxxxCxxx +++=++−−⋅= 32
2
3
2
3
2cos5
2
3
)cos(5
2
2
c) ∫ + 24 x
dx = ∫ + 222 x
dx = Cxarctg +
22
1
EXERCÍCIOS:
I Calcular
1) ∫ dxx5 2) ( )∫ + dxxx
3) ∫ − dx
xx
x
)
4
3( 4) ∫ x
dxx2
5) dx
xxx∫ ++ )2
41( 2 6) ∫ 4 x
dx
7) ∫
− 29 x
dx 8) ∫ − 21 x
dx
9) ( )∫ + dxe x2 10) ( )∫ + dxxx cos5
==========/////==========
2. Método de Substituição
Considerações Teóricas: - Integração por mudança de variável (ou método de substituição)
Há casos em que a função integranda se “assemelha” a uma função que se sabe integrar. É o que
acontece, por exemplo com o integral dxx∫ 3cos em relação a ∫ duucos .
Então, a substituição da variável x por uma nova variável de integração u, criteriosamente
relacionada com x, permite simplificar o cálculo do integral. Assim, no exemplo considerado,
convém fazer xu 3= , donde, se 3=
dx
du
ou seja, dudx =3 donde, então segue que dudx
3
1
= e,
assim tem-se:
CxsenCusenududuudxx +=+=== ∫∫∫ 33
1
3
1cos
3
1
3
1cos3cos
Deste modo, podemos dizer que o método de integração com recurso à mudança de variável
consiste em:
• Definir uma nova variável )(xgu = , onde )(xg é escolhida de tal modo que,
quando escrita em termos de u, o integrando é mais simples do que quando escrita
em termos de x.
• Transformar o integral com relação a x num integral com relação a u, através da
substituição de )(xg onde quer que seja por u e dxxg )(' por du .
• Integrar a função resultante de u.
• Reescrever a resposta em termos de x, através da substituição de u por ).(xg
Outros exemplos/exercícios:
- Calcular dxxxI ∫ += 13 32 .
Resolução:
- Aqui, a substituição pode ser: 13 += xu ; dxxdu 23= ou seja, 23x
dudx = , e portanto o
integral calcula-se fazendo:
∫∫ +==⋅⋅= Cuduux
duuxI 2/32/12
2
3
2
3
3
Que passando à variável x fica,
CxI ++= 2/33 )1(
3
2
.
EXERCÍCIOS:
II Calcular :
1) dxxx 2)1(
32 ⋅+∫ 2) ∫ dxxsen )2(
3) ∫ dxxex
2
2 4) dxxx 13 32 +∫
5) dx
x
x
∫
2)(ln
6) dxex
x32∫
7) dxxsenx∫ − )5(1)5cos( 8) dxe x∫ −355
9) dxxx 132 −∫ 10) dx
xx
xx
∫ +−
−
13
2
23
2
11)
( )∫ + 3232
2cos
xsen
xdx 12) ∫ +12x
xdx
13) ∫ ++
+ dx
xx
x
32
1
2 14) ∫ + 32
cos
senx
xdx
15) ∫ + x
x
e
dxe
2
2
2
16) ∫
− 231 x
dx
17) ∫
− 2916 x
dx 18) ∫
− 29 x
dx
19) ∫ + 49 2x
dx 20) ∫ − 294 x
dx
21) ∫
− 6
2
5 x
dxx 22) ∫ − 253 x
dx
23) ∫ + xsena
xdx
22
cos 24) ∫ ++ 522 xx
dx
25) ∫ +− 423 2 xx
dx 26) ∫ ++ 132 xx
dx
27) ∫ +− 562 xx
dx 28) ∫ +− 122 2 zz
dz
29) ∫ +− 223 2 xx
dx 30) ( )∫ +−
−
1173
76
2 xx
dxx
=====///=====
Soluções
I
1) Cx +
6
6
2) Cxxx ++
3
2
2
2
3) Cxxx +− 2
10
16 4) Cxx +2
5
2
5) Cx
xx
++−− 281 6) Cx +4 3
3
4
7) Cxarcsen +
3
8) C
x
x
+
−
+
1
1ln
2
1
9) Cex x ++2
10) Csenx
x
++
5ln
5
II
1) Cx ++ 42 )1(
4
1
2) Cx +− )2cos(
2
1
3) Cex +
2
4) Cx ++ 2
3
3 )1(
3
2
5) Cx +
3
)(ln 3
6) Cex +
3
3
1
7) Cxsen +−− 2
3
)]5(1[
15
2
8) Ce x +−35
9) Cx +− 2
3
3 )1(
9
2
10) Cxx ++− 13ln3
1 23
11)
( )
C
xsen
+
+
−
2232
1
12
1
12) Cx ++1ln
2
1 2
13) ( ) Cxx +++ 32ln
2
1 2 14) Csenx ++ 32ln
2
1
15) ( ) Ce x ++ 22ln
2
1
16) Cxarcsen +3
3
1
17) Cxarcsen +
4
3
3
1
18) Cxarcsen +
3
19) Cxartg +
2
3
6
1
20) C
x
x
+
−
+
32
32ln
12
1
21) C
x
x
+
−
+
5
5ln
56
1
3
3
22) Cxarcsen +
3
5
5
1
23) C
a
senxarctg
a
+⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛1 24) C
xarctg ++
2
1
2
1
25) Cxarctg +−
11
13
11
1
26) C
x
x
+
++
−+
532
532ln
5
1
27) C
x
x
+
−
−
1
5ln
4
1
28) Cxarctg +− )12(
29) Cxarctg +−
5
13
5
1
30) Cxx ++− 1173ln
2
3. Calcular usando o Método de Integração por partes
Considerações Teóricas
INTEGRAÇÃO POR PARTES
Se f e g são funções diferenciáveis, então, pela regra de diferenciação do produto,
[ ] )()()()()()( xgxfxgxfxgxf
dx
d ′+′=
Integrando ambos os lados, obtemos
[ ] ∫ ∫∫ ′+′= dxxgxfdxxgxfdxxgxfdx
d )()()()()()(
ou
∫ ∫ ′+′=+ dxxgxfdxxgxfCxgxf )()()()()()(
Ou
Cdxxgxfxgxfdxxgxf +′−=′∫ ∫ )()()()()()(
Uma vez que a integral à direita irá produzir uma outra constante de integração, não há necessidade
de manter o C nesta última equação; assim sendo, obtemos
∫ ∫ ′−=′ dxxfxgxgxfdxxgxf )()()()()()( (1)
A qual é chamada de fórmula de integração por partes. Usando esta fórmula, às vezes podemos
tornar um problema de integração mais simples.Na prática, é usual reescrever (1) fazendo
dxxfduxfu )()( ′=⇒=
dxxgdvxgv )()( ′=⇒=
Isso dá lugar à seguinte forma alternativa para (1):
∫ ∫−= vduuvudv (2)
Exemplo
Calcule: ∫ dxxex
Solução. Para aplicar (2), precisamos escrever a integral na forma ∫udv
Uma maneira de fazer isso é colocar
para que, dxdu = e ∫ == xx edxev
Deste modo, a partir de (2)
Observação:
1. A parte escolhida como dv tem de ser facilmente integrável.
2. ∫ vdu não pode ser mais complicada que ∫udv .
EXERCÍCIOS:
I Integração por partes – Achar:
1. dxxx ln2∫ 2. dxxx∫ +1
3. dxsenxx∫ 2 4. dxex x23∫
5. ∫ dxxx ln 6. ∫ dxxsenx
7. ∫ dxxex 8. dxxx∫ + 8)5(
9. ∫ dxxx ln2 10. dxex x∫ 2
Soluções:
1. Cxxx +−
9
ln
3
33
2. Cxxx ++−+ 2
5
2
3
)1(
15
4)1(
3
2
3. Cxxsenxxx +++− cos22cos2
4. Cexeexex
xxxx
+−+−
8
3
4
3
4
3
2
222223
5. Cxx +− )
2
1(ln
2
2
6. Cxxsenx +− cos
7. Cexe xx +−
8. Cxxx ++−+ 109 )5(
90
1)5(
9
1
9. Cxxx +− 3
3
9
1ln
3
10. Cxxex ++− )22( 2
4. Calcular os integrais contendo o trinómio quadrático
Considerações Teóricas
I - Consideremos o integral ∫ ++ cbxax
dx
2
Transformando o denominador numa soma ou diferença de quadrados podemos encontrar integrais
de tabela.
=⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡ ++=++
a
cx
a
bxacbxax 22 =
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
+⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛−⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛++
a
c
a
b
a
bx
a
bxa
22
2
22
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−+⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ += 2
22
42 a
b
a
c
a
bxa
Se considerarmos k
a
b
a
c
±=− 2
2
4
podemos ter
∫ ++ cbxax
dx
2 = ∫
±⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ + 2
2
2
1
k
a
bx
dx
a
Fazendo a substituição dtdxt
a
bx =⇒=+
2
, logo
∫ ++ cbxax
dx
2 = ∫ ± 22
1
kt
dt
a
que é um integral de tabela.
Exemplo: Calcule ∫ ++ 30123 2 xx
dx
Resolução: ∫ ++ 30123 2 xx
dx = =
++∫ 1043
1
2 xx
dx
=
+−++∫ 104443
1
2 xx
dx
( )∫ ++ 623
1
2x
dx
Fazendo a substituição dtdxtx =⇒=+ 2 , logo
( )∫ ++ 623
1
2x
dx = ( ) C
tarctg
t
dt
+⋅=
+
∫ 66
1
3
1
63
1
22
Cxarctg ++=
6
2
63
1
II - Consideremos o integral
( )
∫ ++
+
cbxax
dxBAx
2
O método de substituição sugere que no numerador da fracção tenhamos a derivada do
denominador, isto é, ( ) baxcbxax
dx
d
+=++ 22 .
Assim:
( )
∫ ++
+
cbxax
dxBAx
2
( )
dx
cbxax
a
AbBbax
a
A
∫ ++
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −++
= 2
2
2
2 Este integral pode ser escrito na forma
duma soma de dois integrais e retirando os factores constantes do integral, temos:
( )
∫ ++
+
cbxax
dxBAx
2
( ) dx
cbxax
bax
a
A
∫ ++
+
= 2
2
2 ∫ ++⎟⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −+
cbxax
dx
a
AbB 22
O segundo integral é I que já sabemos cacular. Fazendo a substituição
( ) dtdxbaxtcbxax =+⇒=++ 22 , logo
( ) CcbxaxCt
t
dt
cbxax
dxbax
+++=+==
++
+
∫∫ 22 lnln
2 , então
( )
∫ ++
+
cbxax
dxBAx
2 = +++= cbxaxa
A 2ln
2
C
kt
dt
a
AbB
a
+
±
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ − ∫ 222
1
Exemplo: Calcule
( )
∫ +−
+
84
1
2 xx
dxx
Resolução:
( )
∫∫ =+−
+
=
+−
+ dx
xx
x
xx
dxx
84
22
2
1
84
1
22 ∫ =+−
++− dx
xx
x
84
2442
2
1
2
( )
∫ =+−
+− dx
xx
x
84
642
2
1
2
( )
∫ ++−
−
=
84
42
2
1
2 xx
dxx
∫ +− 84
6
2
1
2 xx
dx
Fazendo a substituição, no 1º integral temos ( ) dtdxxtxx =−⇒=+− 42842 ,
No segundo integral transformemos o denominador numa soma de quadrados
( ) 42844484 222 +−=+−+−=+− xxxxx
+∫ t
dt
2
1
( )
=
+−∫ 42
6
2
1
2x
dx
( )
=+
−
+=
+−
+ ∫∫ C
xarctgt
x
dx
t
dt
2
2
2
3ln
2
1
22
3
2
1
22
Cxarctgxx +−++−=
2
2
2
384ln
2
1 2
III - Consideremos o integral ∫
++ cbxax
dx
2
Fazendo transformações algébricas e mudança de variável análoga ao caso I reduzimos este
integral a:
• ∫
± 22 kt
dx para a > 0
• ∫
− 22 tk
dx
para a < 0
Exemplo: Calcule ∫
−− 21228 xx
dx
Resolução:
=
−−
∫ 21228 xx
dx
∫
+− )2(28 2 xx
dx
∫
−++−
=
)6612(28 222 xx
dx
∫
+−+
=
2)6(3628 x
dx
∫
+−
=
22 )6(8 x
dx
Fazendo a substituição dtdxtx =⇒=+ 6 , logo
∫
+− 22 )6(8 x
dx
=+=
−
= ∫ C
tarcsen
t
dt
8)8 22
Cxarcsen ++
8
6
IV - Consideremos o integral ( )∫
++
+
cbxax
dxBAx
2
Fazendo transformações algébricas e mudança de variável análoga ao caso II e III reduzimos este
integral a:
( )
∫
++
+
cbxax
dxBAx
2
( ) dx
cbxax
bax
a
A
∫
++
+
=
2
2
2 ∫ ++
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −+
cbxax
dx
a
AbB
22
Ou seja
•
( )
∫
++
+
cbxax
dxBAx
2
+= ∫ t
dt
a
A
2 ∫ ±
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −
222 kt
dx
a
AbB para a > 0
•
( )
∫
++
+
cbxax
dxBAx
2
+= ∫ t
dt
a
A
2 ∫ −
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −
222 tk
dx
a
AbB para a < 0
Que são integrais de tabela.
Exemplo: Calcule
( )
∫
++
+
104
35
2 xx
dxx
Resolução:
( )
=
++
+
∫ 104
35
2 xx
dxx dx
xx
x
∫
++
+⋅
104
32
2
5
2
( )
=
++
+−+⋅
= ∫ dxxx
x
104
3442
2
5
2
( )
=
++
+−+⋅
= ∫ dxxx
x
104
31042
2
5
2
( )
−
++
+
∫ 104
42
2
5
2 xx
dxx
=
++
∫ 104
7
2 xx
dx
Fazendo a substituição, no 1º integral temos ( ) dtdxxtxx =+⇒=++ 421042 .
No segundo integral transformemos o denominador numa soma de quadrados
( ) 6210444104 222 ++=+−++=++ xxxxx , então:
= −∫ t
dt
2
5
( ) ( )
=
++
∫ 22 62
7
x
dx ( ) ( ) =+++++− Cxxt 22 622ln75
Cxxxxx +++++−++= 1042ln71045 22
EXERCÍCIOS:
Calcular os integrais contendo o trinómio quadrático
1. ∫ ++ 2082 2 xx
dx 2. ∫ −−
+ dx
xx
x
52
3
2
3. ( )∫ +−
−
235
23
2 xx
dxx 4. ( )∫ +−
−
1
13
2 xx
dxx
5. dx
xx
xxx
∫ +−
+−
12
456
2
234
6. ∫
−− 2432 xx
dx
7. ∫
++ 21 xx
dx 8. ∫
+ 22 SaS
dS
9. ∫
−− 2375 xx
dx 10. ( )∫ + 53xx
dx
11. ∫
−− 232 xx
dx 12. ∫
++
+ dx
cbxax
bax
2
2
13. ( )∫
−+
−
211663
3.
xx
dxx
14. ( )∫
−+
+
2443
3.
xx
dxx
Soluções:
1. Cxarctg ++
6
2
62
1
2. ( )
( )
C
x
xxx +
−+
−−
+−−=
16
16ln
6
252ln
2
1 2
3. ( ) Cxarctgxx +−−+−
31
310
315
11235ln
10
3 2
4. ( ) Cxarctgxx +−++−
3
12
3
11ln
2
3 2
5. Cxarctgxxxx +−++−+−
7
14
72
112ln
4
1
2
2
2
3
6. Cxarcsen ++
41
38
2
1
7. Cxxx +++++ 1
2
1ln 2
8. CSaSaS ++++ 22ln
9. Cxarcsen ++
109
76
3
1
10. ( ) Cxxx ++++ 531256ln
3
1
11. Cxarcsen ++
17
32
12. Ccbxax +++22
13. Cxx +−+− 211663
11
1
14. Cxarcsenxx +−+−+−
2
12
4
7443
4
1 2
5. Integração de Fracções Racionais
Considerações Teóricas
Uma função ,
)(
)()(
xg
xfxF = onde f(x) e g(x) são polinómios, é chamada uma fracção racional. Se
o grau de f(x) é menor que o grau de g(x), F(x) é chamada própria; caso contráario F(x) é dita
imprópria.
Uma fracção racional imprópria pode ser expressa como soma de um polinómio e uma fracção
racional própria.
Por Exemplo:
1
1
1
1
22
3
+
−
−=
+
+
x
xx
x
x
Toda fracção racional própria pode ser expressa como uma soma de fracções mais simples
(fracções parciais) cujos denominadores são da forma ( )nbax + e ( )ncbxax ++2 sendo n um
número inteiro positivo. Vamos apenas estudar os seguintes casos, dependendo da natureza dos
factores do denominador:
I – Factores lineares distintos.
A cada factor linear ax + b ocorrendo uma vez no denominador de uma fracção racional própria,
corresponde uma única fracção parcial da forma ,
bax
A
+
onde A é uma constante a ser
determinada.
Exemplo: Calcule
( )
∫ −+
+
xxx
dxx
6
1
23
Consideremos a fracção própria
32)3)(2(
1
6
1
23 +
+
−
+=
+−
+
=
−+
+
x
C
x
B
x
A
xxx
x
xxx
x então:
)2()3()3)(2(1 −++++−=+ xCxxBxxxAx
( ) AxCBAxCBAx 6)23(1 2 −−++++=+
Método geral: Consiste na resolução do sistema de equações:
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
−=
=
−=
⇔
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
=−
=−+
=++
15
2
10
3
6
1
16
123
0
C
B
A
A
CBA
CBA
Método prático: Substituindo na equação )2()3()3)(2(1 −++++−=+ xCxxBxxxAx os
valores x = 0 ⇒
6
1)20(0)30(0)30)(20(10 −=⇒−++++−=+ ACBA
x = 2 ⇒
10
3)22(2)32(2)32)(22(12 =⇒−++++−=+ BCBA
x = -3 ⇒ ( ) ( )
15
2)23(3)33(3)33)(23(13 −=⇒−−−++−−++−−−=+− CCBA
( )
=
−+
+
∫ xxx
dxx
6
1
23 =+
−
−
+− ∫∫∫ 315
2
210
3
6
1
x
dx
x
dx
xdx
=++−−+−= Cxxx 3ln
15
22ln
10
3ln
6
1 C
xx
x
+
+⋅
−
15 26
10 3
3
2
ln
II – Factores lineares repetidos.
A cada factor ax + b ocorrendo n vezes no denominador de uma fracção racional própria,
corresponde uma soma de n fracções parciais da forma
( ) ( )
,2
21
n
n
bax
A
bax
A
bax
A
+
++
+
+
+
L onde os A’s são constantes a serem determinadas.
Exemplo: Calcule
( )
∫ +−−
+
1
53
23 xxx
dxx
Consideremos a fracção própria
( )2223 111)1)(1(
1
1
53
−
+
−
+
+
=
−+
+
=
+−−
+
x
C
x
B
x
A
xx
x
xxx
x
então: ( ) ( )( ) ( )111153 2 ++−++−=+ xCxxBxAx
Para x = -1 ⇒ ( )
2
1)11()11(11)11(53 2 =⇒+−+−−+−+−−=+− ACBA
x = 1 ⇒ ( ) 4)11()11(11)11(53 2 =⇒++−++−=+ CCBA
Para determinar a outra constante usamos qualquer outro valor de x, por exemplo x = 0
x = 0 ⇒ ( ) 5)10()10(10)10(50 2 =+−⇒++−++−=+ CBACBA
Logo:
2
154
2
1
−=⇔=+− BB
( )
=
+−−
+
∫ 1
53
23 xxx
dxx
( )∫∫∫ −+−−+ 21412
1
12
1
x
dx
x
dx
x
dx =+
−
−−−+= C
x
xx
1
41ln
2
11ln
2
1
C
xx
x
+
−
−
−
+
=
1
4
1
1ln
2
1
III – Factores quadráticos distintos.
A cada factor quadrático irredutível ax2 + bx + c ocorrendo uma vez no denominador de uma
fracção racional própria, corresponde uma única fracção parcial da forma ,2 cbxax
BAx
++
+
onde A
e B são constantes a serem determinadas.
Exemplo: Calcule
( )
( ) ( )∫ ++
+++
31
3
22
23
xx
dxxxx
Consideremos a fracção própria
31)3)(1(
3
2222
23
+
+
+
+
+
=
++
+++
x
DCx
x
BAx
xx
xxx
Portanto: ( )( ) ( )( )133 2223 +++++=+++ xDCxxBAxxxx
ou seja: ( ) ( ) ( ) DBxCAxDBxCAxxx +++++++=+++ 333 2323
então:
⎩
⎨
⎧
=+
=+
13
1
CA
CA e
⎩
⎨
⎧
=+
=+
33
1
DB
DB
Logo A = 0, C =1, B = 1 e D = 0.
( )
( ) ( ) =+++=⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
+
+
=
++
+++
∫ ∫∫∫ 3131
1
31
3
222222
23
x
xdx
x
dxdx
x
x
xxx
dxxxx
CxarctgxCxarctgx +++=+++= 3ln3ln
2
1 22
EXERCÍCIOS:
Integração de Fracções Racionais – Achar:
1. ∫ − 42x
dx
2. dx
xx
x
∫ −−
−
)2)(1(
12
3. ∫ +++ )5)(3)(1( xxx
xdx
4. dx
xx
xx
∫ −
−+
4
8
3
45
5. ∫ + )1( 2xx
dx
6. ∫ −+
+
xxx
dxx
6
)1(
23
7. dx
x
x
∫ −
+
1
2
3
2
8. dx
xx
xxx
∫ −
−−−
23
34 1
9. ∫ +− 2)1)(1( xx
xdx
10. ∫ +− xxx
dx
23 2
11. ∫ + xx
dx
3 12. dxxx
xxx
∫ ++
+++
23
2
24
23
Soluções:
1. C
x
x
+
+
−
2
2ln
4
1
2. C
x
x
+
−
−
1
)2(ln
3
3. C
xx
x
+
++
+
)1()5(
)3(ln
8
1
5
6
4. C
x
xxxxx +
+
−
++− 3
5223
)2(
)2(ln4
23
5. C
x
x
+
+1
ln
2
6. C
xx
x
+
+
−
15/26/1
10/3
)3(
)2(ln
7. Cxarctgx ++−−
3
12
3
32)1ln(
8. C
x
x
x
x
+
−
+−
1
ln21
2
2
9. C
x
x
x
+
+
−
+
+
−
1
1ln
4
1
)1(2
1
10. C
x
xx +
−
−−−
1
11lnln
11. C
x
x
+
+ 1
ln
2
12. Cxarctgx +++ 2ln 2
6. Aplicações do Integral Indefinido
EXERCÍCIOS:
1. Se a função custo marginal é
12
240)('
+
+=
x
xC , onde x é o número de unidades
produzidas, e, se o custo para produzir 6 unidades for $ 700.00, então a função custo é dada
por:
(A) ...43.457|12|ln40 +++ xx
(B) ...56.462|12|ln40 +++ xx
(C) C
x
x +
+
+
12
240
(D) C
x
x +
+
+
12
140
(E) ...43.457
12
140 +
+
+
x
x
2. A função Receita marginal da venda de x centenas de um certo bem é xxR 004.010)(' −= .
Se a receita da venda de 500 unidades desse mesmo bem é $ 1000.00, então a função receita
total é dada por:
(A) 3500002.010 2 −− xx (B) 05.950002.010 2 +− xx
(C) 95.39002.010 2 −− xx (D) 20.400002.010 2 +− xx
(E) Nenhuma das alternativas
3. A taxa estimada de produção de petróleo de um certo poço t anos após a produção ter
começado é dada por ttetR 1.0100)( −= milhares de barris por ano. Encontre uma expressão
que descreva a produção total de petróleo no final do ano t.
[ Sol.: 10000)10(1000)( 1.0 ++−= − tetR t ]
4. Supondo que a circulação actual do semanário “Savana” é de 3000 exemplares por semana. O
editor-chefe do semanário projecta uma taxa de crescimento de 3/254 t+ exemplares por
semana, daqui a t semanas pelos próximos 3 anos. Com base nessa projecção qual será a
circulação do semanário daqui a 125 semanas?
[Sol.: 87512)125( =S exemplares/semana]
5. A velocidade de um carro (em pés/segundo) t segundos após partir do repouso é dada pela
função )300(;2)( ≤≤= tttf . Determine a posição do carro em qualquer instante t.
[Sol.: 2/33/4)( ttf ⋅= ]
6. Uma Companhia de Relógios fabrica relógios de pulso a um custo marginal diário de produção
associado à função 8009.0000009.0)(' 2 +−= xxxC , onde )(' xC é medida em
dólares/unidade e x denota o número de unidades produzidas. Sabendo-se que a gerência
determinou que o custo fixo diário incorrido na produção desses relógios é de $ 120.00,
determine o custo total incorrido pela Companhia ao produzir os primeiros 500 relógios de
pulso/dia.
[Sol.: $ 3 370.00]
7. A Cannon Precision Instruments Corporation fabrica um certo tipo de “flash” electrónico
automático. O lucro marginal estimado associado à produção e venda desses “flashes”
electrónicos é 20004.0)( +−= xxL dólares/unidade/mês. O custo fixo da Cannon para
produzir e vender estes “flashes” é $ 16 000/mês. Com que nível de produção a Cannon realiza
um lucro máximo? Qual é o lucro mensal máximo?
[Sol.: 5000 unidades; $ 34 000]
8. A taxa de variação do preço unitário p (em dólares) de botas femininas Apex é dada por
2/32 )16(
250)('
x
xxp
+
−
= , onde x é a quantidade demandada diariamente em unidades de
centenas. Encontre a função demanda para essas botas se a quantidade demandada diariamente
é de 300 pares )3( =x quando o preço unitário é de $ 50/par.
[Sol..: 216/250)( xxp += ]
9. O número de telespectadores de um noticiário na TV, introduzido na temporada de 2005, tem
crescido à taxa de ( ) 3/12123 −+ t milhões de telespectadores/ano em seu t-ésimo ano no ar,
sendo )61( ≤≤ t . O número de telespectadores do programa durante o seu primeiro ano no ar
é dado por 3/22
5 )(9 milhões. Determine quantos telespectadores são esperados para a
temporada 2010.
[Sol.: .... ]
7. Integral Definido
Para se descrever a integral de uma função f de uma variável x entre o intervalo [a, b]
utiliza-se a notação: dxxfS
b
a∫= )(
A ideia desta notação utilizando um S
comprido é generalizar a noção de
somatório. Isto porque intuitivamente a
integral de f(x) pode ser entendida como a
soma de pequenos rectângulos de base dx e
altura f(x), onde o produto f(x) dx é a área
deste rectângulo. A soma de todas estas
pequenas áreas, ou áreas infinitesimais,
fornece a área total abaixo da curva.
Mais precisamente, pode-se dizer que a integral acima é o valor limite da soma:
∑
=
Δ
n
i
i xxf
0
)( onde
n
abx −=Δ
é o comprimento dos pequenos intervalos nos quais se divide o intervalo (b-a), f(xi) é o
valor da função em algum ponto deste intervalo. O que se espera é que quando n for muito
grande o valor da soma acima se aproxime do valor da área abaixo da curva e, portanto, da
integral de f(x) no intervalo. Ou seja, que o limite ∫∑ ==Δ
=
∞→
b
a
n
i
in
Sdxxfxxf )()(lim
0
esteja
definido.
Definimos ∫
b
a
dxxf )( quando a < b. Portanto outros casos são definidos da seguinte maneira :
• 0)( =∫
a
a
dxxf
• se a < b, então ∫
a
b
dxxf )( = - ∫
b
a
dxxf )(
Propriedades da integral definida:
• =∫
b
a
dxxkf )( ∫
b
a
dxxfk )( , para qualquer constante k ∈ IR
• [ ]∫ ±
b
a
dxxgxf )()( = ∫
b
a
dxxf )( ± ∫
b
a
dxxg )( , desde que as funções f e g sejam
integráveis no intervalo [a, b].
• ∫
c
a
dxxf )( + ∫
b
c
dxxf )( ∫=
b
a
dxxf )( , se a função f é integrável no intervalo [a, b] e
c∈[a, b] tal que a < c <b
• Teorema do valor médio para integrais: ∫
b
a
dxxf )( = (b-a)f(x0) para algum x0 entre a e b.
• Se )()()()( ufuF
du
ddxxfuF
u
a
=⇒= ∫
Teorema Fundamental do Cálculo.
Se f(x) é contínua no intervalo de integração[a, b] e se F(x) é uma integral indefinida de f(x) então:
)()()()( aFbFxFdxxf b
a
b
a
−==∫
Exemplo: Calcule a) ∫
3
1
xdx b) ∫ +
10
4 2x
dx
Resolução: a) 628
2
2
2
4
2
224
2
24
2
=−=−==∫
xxdx
b) [ ] 2ln6ln12ln2ln
2
10
4
10
4
=−=+=
+∫ xx
dx
EXERCÍCIOS:
Calcule:
1. ∫ −
2
2/3
17)32(2 dxx 2. dxxxsenx )4()24(
3
1
2∫ −−
3. dx
x
xe
∫
1
ln
4. dxxx∫ −
5
3
2 9
5. dxeee xxx ])[(
2ln
1ln
2 +∫ 6. dxxxsen cos1
2/
2/
2∫
−
−
π
π
7. ∫
−
−⋅−−
2
1
223 )23()12( dxxxx 8. dxxx∫
−
−−
0
6
2 6
9. dxx∫
4
2
23 10. ∫ −−
2
1
38 dxx
11. ∫
36
4 x
dx
12. dxxx )24( 3/1
8
1
3/1 −+∫
13. dte
t
∫
1
0
2 14. dxx )1(
8
1
3∫ +
15. ∫
2/3
2/
π
π
dxsenx 16. ∫ +
1
0
21 x
dx
17. ∫
e
x
dx
1
18. ∫
x
a
dxx
3
2
19. dxsenx
x
∫
0
20. ∫ −
z
x
dx
1 12
21. ∫
2/
0
2cos
π
dx 22. dxxsenx 2
2/
0
cos∫
π
; sugestão cos x=t
23. ∫ +
2
1
)52( dxx 24. ∫ +−
1
0
2 )32( dxxx
25. dxx∫
−
+
1
1
2)1( 26. ∫
−
2/
2/
2
cosπ
π xsen
dxx
27. ∫
π
0
cos dxx 28. dtt
x
∫ −
1
21
29. ∫
3
1
2 3 dxex x 30. ∫
−
−
π
π
π
2
)8( dxxsen
=====///=====
Soluções :
1. 18/1 2. 0
3. 2/1
4.
3
64
5.
6
23
6.
2
π
7. 9
8.
2
9π
9. 56 10. 3
11. 842362 =− 12. 54
13. )1(2 2
1
−e 14. 4
73
15.
2
2
16. 4
π
17. 1 18. 3/)4( 3 −x
19.
2
2 2 xsen
20. )12ln( −z
21.
4
π
22. 3/1
23. 8 24. 3/7
25. 3/8 26. 12 −
27. 0 28. 21 x−−
29. )(
3
1 27 ee −
30. 0
==========/////==========
8. Integrais Impróprios
A integral definida ∫
b
a
dxxf )( é chamada imprópria quando
1. O integrando f(x) tem um ou mais pontos de descontinuidade no intervalo [a, b], ou
2. Um dos (ou os dois) dois limites de integração é infinito.
1. Integrando Descontínuo
a) Se f(x) é contínuo no intervalo [a, b[ mas descontínuoa em x = b, definimos,
dxxfdxxf
b
a
b
a ∫∫
−
→ +
=
ε
ε
)(lim)(
0
. Desde que o limite exista.
b) Se f(x) é contínuo no intervalo ]a, b] mas descontínuo em x = a, definimos,
dxxfdxxf
b
a
b
a ∫∫ +→ += εε )(lim)( 0 . Desde que o limite exista.
c) Se f(x) é contínuo no intervalo [a, b] excepto e x = c ∈ [a, b] definimos
∫∫∫ +→
−
→ ++
+=
b
c
c
a
b
a
dxxfdxxfdxxf
δδ
ε
ε
)(lim)(lim)(
00
. Desde que ambos os limites existam.
Obs. Os integrais deste tipo denominam-se integrais impróprios de segunda espécie.
Exemplo: Calcule a) ∫
−
2
0 24 x
dx
b)
( )∫ −
4
0 22x
dx
Resolução: a) ∫
−
2
0 24 x
dx
o integrando é descontínuo em x = 2. Então,
∫
−
2
0 24 x
dx
=
−
= ∫
−
→ +
ε
ε
2
0 20 4
lim
x
dx ε
ε
−
→ ⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
+
2
0
0 2
lim xarcsen ⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡ −
−
=
+→
0
2
2lim
0
arcsenarcsen ε
ε
2
1 π==arcsen
b)
( )∫ −
4
0 22x
dx o integrando é descontínuo em x = 2, um valor entre os limites de
integração 0 e 4. Então,
( )
=
−∫
4
0 22x
dx
( ) ( )∫∫ +→
−
→ −
+
− ++
4
2 20
2
0 20 2
lim
2
lim
δδ
ε
ε x
dx
x
dx
4
2
0
2
0
0 2
1lim
2
1lim
δ
δ
ε
ε
+
→
−
→ ⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
−
−
+⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
−
−
=
++ xx
=
=⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−+
−
−
−
−
+⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
−
−
−−
−
=
++ →→ 22
1
24
1lim
2
1
22
1lim
00 δε δε
∞=⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+−+⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
++ →→ δε δε
1
2
1lim
2
11lim
00
O integral
( )∫ −
4
0 22x
dx é divergente.
Obs. Se o ponto de descontinuidade for desconsiderado, obtemos
( )
1
2
1
2
4
0
4
0 2
−=⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
−=
−∫ xx
dx .
Este resultado é absurdo porque
( )22
1
−x
é sempre positivo
3. Limites de Integração Infinitos
• Se f(x) é contínua em todo o intervalo [a, U] definimos:
dxxfdxxf
U
aUa ∫∫ +∞→
+∞
= )(lim)( . Desde que o limite exista.
• Se f(x) é contínua em todo o intervalo [u, b] definimos:
dxxfdxxf
b
uU
b
∫∫ −∞→∞− = )(lim)( . Desde que o limite exista.
• Se f(x) é contínua, definimos:
=∫
+∞
∞−
dxxf )( +∫−∞→ dxxf
a
uU
)(lim dxxf
U
aU ∫+∞→ )(lim . Desde que ambos os limites
existam.
Exemplo: Calcule a) ∫
∞+
1 2x
dx
b) ∫ ∞−
0 2 dxe x
Resolução: a) 111lim1limlim
1
1 21 2
=⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡ +−=⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡−==
∞+→+∞→+∞→
∞+
∫∫ uxx
dx
x
dx
U
u
U
U
U
b) ∫∫ == −∞→∞−
0 20 2 lim
u
x
u
x dxedxe
2
1
22
1lim
2
lim
202
=⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−=⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
∞−→−∞→
u
u
u
x
u
ee
EXERCÍCIOS:
Calcule:
1. ∫
+∞
+0
21 x
dx
2. ∫
∞− +
0
21 x
dx
3. ∫
+∞
∞− +
21 x
dx
4. ∫ −
1
0 1 x
dx
5. ∫
−
1
1
2x
dx
6. ∫
−
1
0
21 x
xdx
7. dxe x∫
∞
−
0
8. 0(;
0
22
>
+
∫
∞
a
xa
dx
9. ∫
−
1
0
21 x
dx
10. ∫
∞
0
5x
dx
11. ∫
1
0
ln xdx 12. ∫
∞
0
dxsenxx
13. ∫
∞
1 x
dx
14. ∫
+∞
∞− ++ 22
2 xx
dx
15. ∫
1
0
3 x
dx
16. ∫
2
0
3x
dx
17. ∫
∞
−1 2 1xx
dx
18. ∫
−
1
1
4x
dx
19. )0()(
0
>∫
∞
− adxbxsene ax 20. )0()(cos
0
>∫
∞
− adxbxe ax
==========/////==========
Soluções
1. 2/π 2. 2/π 3. π 4. 2
5. Divergente 6. 1 7. 1 8. a2/π
9. 2/π 10. 4/1 11. -1 12. Divergente
13. Divergente 14. π 15. 2/3 16. Divergente
17. 2/π 18. Divergente
19. 22 ba
b
+
20. 22 ba
b
+
9. Aplicações do Integral Indefinido
Algumas considerações teóricas
Seja )()()( aFbFdxxf
b
a
−=∫ , onde )(xF é primitiva de )(xf ou seja )()(' xfxF = . Ora,
assumindo que a função integranda )(xf como a taxa de variação de uma função )(xF , pode-se
dizer que o integral definido da taxa de variação de uma função num intervalo, ∫
b
a
dxxf )( , dá a
variação total da função no intervalo, )()( aFbF − .
Assim, tem-se:
(i) )()()(' aRbRdqqR
b
a
−=∫ → O integral da receita marginal num intervalo como a
variação total da receita nesse intervalo
(ii) )()()(' aCbCdqqC
b
a
−=∫ → O integral do custo marginal num intervalo como a
variação total do custo nesse intervalo
(iii) )()()(' aLbLdqqL
b
a
−=∫ → O integral do lucro marginal num intervalo como a
variação total do lucro nesse intervalo
Exemplo: Na comercialização, em dólares, de um certo produto, a receita marginal é dada por
20020)(' +−= qqR e o custo marginal é dado por qqC 20)(' = . Para o intervalo 51 ≤≤ q ,
obtenha:
a) A variação total da receita. [Resp: 560)1()5()('
5
1
=−=∫ RRdqqR ]
b) A variação total do custo. [Resp: 240)1()5()('
5
1
=−=∫ CCdqqC ]
c) A variação total do lucro. [Resp: 240)1()5()('
5
1
=−=∫ LLdqqL ]
Em termos de interpretação gráfica da variação total do lucro da alínea c), pode ser entendido como
correspondendo à área entre a curva da receita marginal 20020)(' +−= qqR , e a curva do custo
marginal qqC 20)(' = , no intervalo 51 ≤≤ q .
Valor Médio de uma função:
- Se f(x) for uma função continua no intervalo ];[ ba , o valor médio m da função f(x) neste
intervalo é definido por:
∫⋅= −
b
a
ab
dxxfm )(1 .
Volume de um Sólido de Revolução:
- Se uma função contínua tal como )(xf entre ax = e bx = for rodada em torno do eixo X,
origina-se um sólido de revolução, cujo volume pode ser expresso simbolicamente como:
∫ ⋅=
b
a
dxxfV 2)]([π .
Excedente do consumidor:
- Uma função procura )(1 xfp = , relaciona os vários preços que os consumidores estão dispostos
a pagar por quantidades diferentes de um bem. Se o equilíbrio no Mercado ocorrer em );( oo px ,
com todos os consumidores a pagarem o mesmo preço, então os consumidores que tenham
adquirido o bem, mesmo que a um preço superior, têm um benefício. O benefício total para os
consumidores, designado por excedente do consumidor é dado pela fórmula:
∫ −=
0
0
00)(
x
xpdxxfConsumidordoExcedente
Excedente do produtor:
- Por outro lado, uma função oferta )(2 xgp = , representa os preços aos quais os produtores
oferecem quantidades diferentes de um bem. Se o equilíbrio de Mercado ocorrer em ),( 00 px , os
produtoresque fornecem o bem a preços inferiores a po obtêm um benefício. O ganho total dos
produtores, excedente do produtor é dado pela fórmula:
∫−=
0
0
00 )(
x
dxxfxpProdutordoExcedente .
Valor Futuro de um Fluxo de Renda (VF):
- A renda gerada numa empresa não é calculada apenas no final de um ano, de um mês ou de uma
semana. A renda gerada pode ser calculada diariamente em vários instantes; nesse sentido,
podemos falar de um fluxo de renda. É comum uma empresa, ao gerar uma renda, investi-la para
obter juros, acumulando assim as rendas geradas e os juros obtidos no investimento de tais rendas;
nesse sentido, podemos falar do valor acumulado de um fluxo de renda.
Podemos utilizar o integral definido para calcular o valor futuro acumulado de um fluxo de renda,
ou seja calcular com o integral definido o valor acumulado por uma empresa quando a renda gerada
é investida continuamente e no processo de acumulação, os juros são obtidos por capitalização
contínua.
Em vários instantes a renda gerada compõe o fluxo de renda mas por simplicidade consideramos
anual a taxa de geração de renda. Tal taxa será dada pela função )(xR , onde x representa o tempo
dado em anos.
Temos a expressão que dá o valor futuro acumulado (VFA) de um fluxo de renda ou
simplesmente, valor futuro de um fluxo de renda, após N anos, onde )(xR é a taxa na qual a renda
é gerada anualmente e i é a taxa de juros compostos continuamente:
dxexReVFFuturoValor
N
ixiN ∫ −==
0
)(.
Exemplo: - Para a Empresa A, um produto gera uma renda a uma taxa de 500 000 dólares por ano.
Ao ser obtida, tal renda é aplicada várias vezes ao dia a uma taxa anual de 8% composta
continuamente. Qual será o VFA para esse fluxo de renda após 5 anos?
Resolução: Com efeito, tem-se, dxeeVF x∫ −=
5
0
08,05.08,0 500000 , ou seja;
dxeeVF x∫ −=
5
0
08,004,0500000 .
Calculando o integral indefinido correspondente dxe x∫ − 08,0 pelo método de substituição
obtém-se
[ ]
79,3073904
121,4.500000
5,12500000
4,0
5
0
08,04,0
=
==
==
=−= −
e
eeVF x
L
Assim o valor futuro acumulado é de 3073904,79.
=====///=====
Valor Presente de um Fluxo de Renda:
Existem ainda, situações em que é interessante conhecer o valor presente de um fluxo de renda, ou
seja, para um certo período, qual o capital que deve ser aplicado inicialmente para que no final
desse período, o montante obtido seja equivalente ao valor futuro de um fluxo de renda
correspondente.
Considerando um fluxo de renda onde )(xR é a taxa na qual a renda é gerada anualmente e i é a
taxa de juros compostos continuamente, vimos que, após N anos, o valor futuro do fluxo de
renda é dado por
dxexReVF
N
ixiN ∫ −⋅=
0
)( .
Com a mesma taxa i de juros compostos continuamente, se aplicarmos um capital inicial P após
N anos, obtém-se um montante iNePA .= , e tal montante deve ser igual ao Valor Futuro do
Fluxo de Renda
∫⋅=
N
ixiNiN dxexReeP
0
)(.
Dividindo ambos os membros da igualdade por iNe obtém-se o capital inicial (valor presente do
fluxo de renda) que aplicado inicialmente, iguala o montante ao valor futuro do fluxo de renda
∫ −=
N
ixdxexRP
0
)( .
Assim temos a expressão que dá o valor presente de um fluxo de renda onde N é o número de
anos, )(xR é a taxa na qual a renda é gerada anualmente e i é a taxa de juros compostos
continuamente:
dxexRVPesenteValor ix
N
−∫==
0
)(Pr
==========/////==========
Exemplos/exercícios:
(E-1) – Numa Empresa, a produção duma máquina é vendida e proporciona uma renda a uma taxa
de 25000 dólares por ano. Ao ser obtida tal renda é aplicada várias vezes ao dia a uma taxa anual de
10% composta continuamente. Qual o valor presente dessa máquina considerando que a sua vida
útil é de 15 anos e mantidas as mesmas taxas de renda e de juros nesse período?
Resolução: O valor presente da máquina será o valor presente do fluxo de renda gerado por ela.
Tem-se, portanto, ∫ −=
15
0
)( dxexRVP iN e, substituindo 15=N , 25000)( =xR e 1.010.0 ==i ,
obtém-se
∫ ∫ −− ⋅==
15
0
15
0
1.01.0 2500025000 dxedxeVP xx
[ ]
( )
00.194225
769.725000
)10(1025000
1025000
01.0151.0
15
0
1.0
=
=⋅≅
≅−−−⋅=
=−⋅=
⋅−⋅−
−
ee
eVP x
Donde, o valor presente da máquina é de 194225.00 dólares.
(E-2) – Uma companhia calcula que a taxa de renda produzida por uma máquina no tempo t será,
em dólares t1005000 − por ano. Determinar o valor presente deste fluxo contínuo de rendimentos
durante os próximos quatro anos, com uma taxa de juros de 6%.
Resolução: - Com efeito usamos a fórmula
dxexRVP ix
N
−∫=
0
)(
e, sendo txR 1005000)( −= , 4=N e 06.0%6 ==i , o valor presente deste fluxo de
rendimento é
∫ −−=
4
0
06.0)1005000( dtetVP t .
Ora, usando o método de integração por partes obtém-se:
17098
592723025
06.0
1
06.0
10023025
06.0
1)100(
06.0
1)1005000(
)1005000(
4
0
06.0
4
0
06.0
4
0
06.0
4
0
06.0
=
=−≅
≅⋅
−
⋅−≅
≅⋅
−
−
−⋅
−
⋅−=
=−=
−
−
−
−
∫
∫
t
t
t
t
e
e
et
dtetVP
=====///=====
Montante e Valor Presente de uma Anuidade
Uma anuidade é uma sequência de pagamentos feitos em intervalos regulares de tempo. O período
de tempo durante o qual tais pagamentos são efectuados é chamado de prazo da anuidade. Embora
os pagamentos não precisem de ser iguais em valor, eles são iguais em muitas aplicações
importantes, e assumiremos aqui que eles são iguais para as nossas análises. Exemplos de
anuidades são depósitos regulares numa poupança, pagamentos mensais de hipoteca e pagamentos
mensais de seguro.
O montante de uma anuidade é a soma dos pagamentos mais os juros obtidos. Uma fórmula para
calcular o montante de uma anuidade A pode ser deduzida com a ajuda da fórmula,
∫ −⋅=
N
ixiN dxexReVF
0
)( .
Considerando:
• P = Valor de cada pagamento;
• i = Taxa de juros compostos continuamente;
• N = Prazo da anuidade;
• m = Número de pagamentos
E, se os pagamentos dentro da anuidade constituem um fluxo de renda constante de mPxR =)(
dólares ao ano. Com este valor de )(xR , a fórmula anterior dá-nos portanto,
( ),1
1
)(
0
00
−=
=⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+−=
=⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−=
⋅=⋅=
−
−
−− ∫∫
iN
iN
iN
Nix
iN
N
ixiN
N
ixiN
e
i
mP
ii
emPe
i
emPeVF
dxmPeedxexReVF
O que nos leva à fórmula de cálculo do montante de uma anuidade seguinte:
=====///=====
Montante de uma Anuidade:
O montante de uma anuidade é dado pela fórmula )1( −= iNe
i
mPA , onde, P, i, N e m são como
definido anteriormente (P =Valor de cada pagamento; i =Taxa de juros compostos continuamente;
N=Prazo da anuidade; m=Número de pagamentos).
=====///=====
Valor Presente de uma anuidade:
De forma análoga ao que foi visto para o cálculo do montante de uma anuidade, agora, partindo da
fórmula de cálculo de valor presente de um fluxo de renda,
dxexRVP ix
N
−∫=
0
)( ,
pode deduzir-se a fórmula para calcular o valor presente de uma anuidade.
∫∫ −− ==
N
ix
N
ix dxmPedxexRVP
00
)( .
Isto é,
Nix
i
emPVP
0
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−=
−
, ou seja, ( )iN
iN
e
i
mP
ii
emPVP −
−
−=⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+−= 11
Donde, o valor presente de uma anuidade é dado pela fórmula
)1( iNe
i
mPVP −−=
(Com P =Valor de cada pagamento; i =Taxa de juros compostos continuamente; N=Prazo da
anuidade; m=Número de pagamentos).
=====///=====
Exemplos/exercícios:
[1] - No dia 1 de Janeiro de 2000, J.P., depositou 2,000 dólares numa conta de aposentadoria que
paga juros à taxa de 10% ao ano compostos continuamente. Assumindo que ele deposite 2.000
dólares anualmente nesta conta, quanto ele terá no início do ano 2016.
Resolução:
- Utilizando a fórmula )1( −= iNe
i
mPA , com 2000=P , 1.0%10 ==i , anosN 16=
e 1=m , tem-se:
65,060.79)1(
1.0
20001 6.1 ≅−⋅⋅= eA .
Ou seja, no início do ano 2016, J.P., terá aproximadamente79.061 dólares na sua conta.
[2] – O proprietário de uma loja de ferramentas deseja estabelecer um fundo do qual ele possa tirar
1000 dólares por mês durante os próximos dez anos. Se o fundo rende juros à taxa de 9% ao ano
compostos continuamente, quanto dinheiro ele necessita para estabelecer o fundo?
Resolução:
- Seja 1000=P ; 09.0%9 ==i ; 10=N e 12=m . Com efeito, usando a fórmula
)1( iNe
i
mPVP −−= ,
tem-se:
;04,124.79]1[
09.0
12000)1( )10()09.0( ≅−⋅=−= ⋅−− ee
i
mPVP iN
Isto é, seriam necessários 79.124 dólares para estabelecer esse fundo.
=====///=====
Perpetuidades:
Como antes foi visto, o valor presente de uma anuidade é dado pela expressão
∫ −=
N
ixdxexRVP
0
)(
ou ainda,
( )iN
N
ix e
i
mPdxemPVP −− −=⋅≅ ∫ 1
0
.
Agora, se os pagamentos de uma anuidade continuam indefinidamente, tem-se então o que é
chamado de Perpetuidade. Assim o Valor Presente de uma Perpetuidade pode ser aproximado
pelo integral impróprio
∫
∞
−=
0
)( dxexRVP ix , ou melhor, dxemPVP ix∫
∞
−⋅≅
0
obtida da expressão anterior, fazendo o período de anuidade, N, tender para o infinito.
Logo,
=⋅=⋅≅ ∫∫ −∞→
∞
− dxemPdxemPVP
b
ix
b
ix
00
lim
=⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡−=⋅= −
∞→
−
∞→ ∫
b
ix
b
b
ix
b
e
i
mPdxemP
00
1limlim
i
mP
i
e
i
mP ib
b
=⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ +−= −
∞→
11lim .
Assim, o Valor Presente (PV) de uma Perpetuidade é dado pela expressão
i
mPVP = ,
(onde m é o número de pagamentos por ano, P é o valor de cada pagamento e i é a taxa de juros
composta continuamente)
Exemplo/exercícios:
[E-1] - Uma família deseja criar um fundo de bolsas de estudo para uma Faculdade. Se uma bolsa
de estudos no valor de 5000 dólares for concedida anualmente começando dentro de 1 ano,
encontre o valor da doação que eles precisam fazer agora, assumindo que este fundo renderá juros a
uma taxa de 8% ao ano compostos continuamente.
Resolução:
O valor da doação é, neste caso, dado pelo valor presente de uma perpetuidade, com
1=m , 5000=P e 08.0%8 ==i . Donde, usando a fórmula
i
mPVP = , tem-se:
500.62
08.0
50001
=
⋅
=VP Dólares.
Suponha que um fluxo de renda continue indefinidamente. Então, o valor presente de tal fluxo pode
ser calculado a partir da fórmula para o valor presente de um fluxo de renda fazendo T tender para
infinito. Logo, o valor presente solicitado é dado por
∫
∞
−=
0
)( dxexRVP ix
[E-2] - Suponha que um indivíduo tem um poço de petróleo no seu quintal que gera um fluxo de
renda dado por xexR 02.020)( −= , onde )(xR é expresso em milhares de dólares por ano e x é o
tempo em anos a partir do presente. Assumindo que a taxa de juros predominante num futuro
previsível é de 10% ao ano compostos continuamente, qual é o valor presente do fluxo de renda?
Resolução:
- Assim, o valor presente pretendido será,
∫
∞
−− ⋅=
0
10.002.020 dxeeVP xx ∫
∞
−⋅=
0
12.020 dxe x
∫ −∞→⋅=
b
x
b
dxeVP
0
12.0lim20 [ ]bx
b
e 0
12.0lim
12.0
20 −
∞→
⋅−=
[ ]1lim
3
500 12.0 −⋅−= −
∞→
b
b
eVP 667.166
3
500
≅=
Isto é, o valor presente desse fluxo de renda é de aproximadamente 166.667 dólares.
=====///=====
EXERCÍCIOS / PROBLEMAS DE APLICAÇÃO:
1. Um oleoduto de uma plataforma de perfuração está avariado, derramando petróleo a uma taxa
de )8035( +t barris por hora. Quantos barris serão derramados no primeiro dia?
[Sol.: 12000 ]
2. A função custo marginal de uma empresa é 1104)(' 2 +−== xxxCCmg , onde x representa
o número de unidades produzidas diariamente. Os custos fixos são de 340 USD por dia. Qual é
o custo total )()( xCxCT = decorrente da produção de x unidades por dia?
[Sol.: 340110223
3
1
)( ++−= xxxxC ]
3. O custo marginal de um produto é dado por 180
12
1)(' 2 +−== xxxCCmg . Qual é o custo
total )()( xCxCT = da produção de cinco unidades adicionais, se três delas já estiverem a ser
actualmente produzidas?
[Sol.: 97,885)3()8( =− CC ]
4. O lucro marginal de um industrial é dado por 140803)(' 2 ++−=Π xxx . Calcule o lucro Π
decorrente de se aumentar a produção de duas para quatro unidades.
[Sol.: 704)2()4( =Π−Π ]
5. Os custos de manutenção de uma fábrica, )(tM , aumentam com o envelhecimento da fábrica e
do equipamento. Se os custos de manutenção da fábrica aumentarem a uma taxa anual de
900075)(' 2 += ttM dólares, onde t representa o número de anos, calcule os custos totais de
manutenção da fábrica do quarto ao sexto ano.
[Sol.: 21800)4()6( =− MM ]
6. Considere que numa dada comunidade, a taxa normal de consumo de água em biliões de galões
é dada por tettW 02,0)(' += , onde 0=t representa 1980. Calcule o nível total de consumo de
água )(tW para o período de 1980 – 1990.
[Sol.: 61)02,0
10
0
()( =∫ += dt
tettW biliões de galões]
7. Numa mina de zinco extrai-se o minério a uma taxa
t
ttZ 2218)(' −= . Calcule o montante
total de minério extraído entre: a) o ano 0 e o ano 9; e b) o ano 0 e o ano n.
[Sol.: nntZbttZa 4429)();597000)() −== ]
8. Dez mil dólares foram depositados num banco a uma taxa de juro nominal/ano de 8%,
composta continuamente. Calcule o valor médio do dinheiro nos próximos 5 anos.
[Sol.: - 12296
5
0
08,010000
05
1
=∫
−
= dttem ]
9. Numa mina de ouro extrai-se o minério a uma taxa de tetG 016,08,4)(' = toneladas. Calcule a
extracção total entre: a) o ano 0 e o ano 10; b) o ano 0 e o ano n.
[Sol.: )1016,0(300)();52)117351,1(300)() −=≈−= netGbtontGa ]
10. Na comercialização em dólares, de um certo produto, a receita marginal é dada por
10010)(' +−= qqR e o custo marginal é dado por qqC 5,2)( = . Para o intervalo 82 ≤≤ q ,
obtenha:
a) A variação total da receita
b) A variação total do custo
c) A variação total do lucro
d) A interpretação gráfica da variação total do lucro obtida na alínea anterior
[Sol.: a) ∫ =+−
8
2
300)10010( dqq ; b) ∫ =
8
2
755,2 qdq ; c) 225
8
2
, =∫ dqL ; d)A
variação do lucro é dada pela área entre as curvas da receita marginal e custo
marginal no intervalo 82 ≤≤ q ]
11. Na comercialização, em dólares, de uma peça automática, a receita marginal é dada por
23)(' qqR = e o custo marginal é dado por 27)( =qC . Para o intervalo 31 ≤≤ q ., obtenha:
a) A variação total da receita
b) A variação total do custo
c) A variação total do lucro
d) A interpretação gráfica da variação total do lucro obtida na alínea anterior
[Sol.: a) ∫ =
3
1
2 263 dqq ; b) ∫ =
3
1
5427dq ; c) ∫ −=
3
1
28'dqL ; d) A variação do
lucro é dada pela área entre as curvas da receita marginal e custo marginal no
intervalo 31 ≤≤ q ]
12. Calcule o excedente do consumidor (CS) para cada uma das seguintes curvas de procura nos
pontos indicados:
a) 75,10;3375 2 ==−= oo pxxp };
b) 14,20;
5
350
==
+
= oo pxx
p .
[Sol.: 30,283);2000) == CSbCSa ]
13. Para uma certa população a propensão marginal a consumir é dada por 7,0)(' == ycCmg
sendo o consumo c uma função da renda y dos consumidores.
a) Obtenha a variação total da poupança quando a renda variar no intervalo 15001000 ≤≤ y
b) Obtenha a função consumo sabendo que, para uma renda de USD1000 o consumo é de
USD910
[Sol: a) A variação do consumo é de USD350 ; b) 2107,0)( += yyc ]
14. Numa Empresa, a produção marginal de alimentos beneficiados é dada por 3' qP = , onde
q representa o capital investido em equipamentos. A produção é dada em toneladas e o capital
investido em equipamentos. A produção é dada em toneladas e o capital em milhares de reais.
a) Obtenha a variação total da produção quando o capital investido varia de 2 até 5 milhares
de dólares
b) Obtenha a função produção sabendo que, para 10 mil dólares investidos em equipamentos,
resulta uma produção de 2500 toneladas de alimentos.
[Sol: a) A variação da produção é de 152,25 toneladas; b)
4
)(
4qqp = ]
15. Calcule o excedente do produtor (PS) para cada uma das seguintes curvasde oferta nos pontos
indicados:
a) 85,5;6042 ==++= oo pxxxp ;
b) 8,144;
4
15 ==+= oo pxxp .
[Sol.: 144)33,33) == PSbPSa ]
16. Na compra de um modelo de TV, a função demanda é dada por qqp 2001000)( −= .
a) Encontre o excedente do consumidor se o preço de mercado da TV é $400,00.
b) Represente graficamente o excedente do consumidor encontrado na alínea anterior
[Sol.: … … …]
17. Na venda de um modelo de TV, a função oferta é dada por 25050)( += qqp .
a) Encontre o excedente do produtor se o preço de mercado da TV é $400,00
b) Represente graficamente o excedente do produtor encontrado na alínea anterior
[Sol.: a) 00,225$=EP ; b) O gráfico neste caso é a área compreendida entre a recta de
equação 25050)( += qqp e a recta horizontal 400=op ]
18. Na compra de sapatos, a função demanda é dada por 23108)( qqp −= .
a) Encontre o excedente do consumidor se o preço de mercado é $60,00
b) Represente graficamente o excedente do consumidor encontrado na alínea anterior.
[Sol.: … … …]
19. Na venda de sapatos, a função oferta é dada por 123)( 2 += qqp .
a) Encontre o excedente do produtor se o preço de mercado é $60.00
b) Represente graficamente o excedente do produtor encontrado na alínea anterior.
[Sol.: a) 00,128$=EP ; b) O gráfico neste caso é a área compreendida entre a curva de
equação 123)( 2 += qqp e a recta horizontal 60=op ]
20. O stock de uma empresa após t meses é dado por 244825)( tttN −+= para 120 ≤≤ t .
Calcule o stock médio, m, durante o primeiro trimestre do ano. I. É., nos primeiros três meses.
[ Sol.: ∫ =⋅
−
=
3
0
85)(
03
1
dttNm ]
21. Um fabricante introduziu uma nova técnica, o que possibilitou uma taxa de poupança anual de
2400)(' ttS −= dólares. O custo marginal de produção tttCCmg 20)(' 2 +== em dólares
por ano também sofreu um acréscimo devido à nova técnica.
a) Durante quanto tempo será a utilização da nova técnica lucrativa?
b) Determine o montante total T poupado durante esse período.
[ Sol.: a) 10=t ; e, fazendo: 100)200102(22022400 =⇔=−+⇔+=− tttttt ; b)
N.B.: - esboçar primeiro os dois gráficos no mesmo sistema de coordenadas e
encontrar o ponto comum, depois b) achar os limites de integração )10;0( == tt
e resolver o integral, ∫ =−=
10
0
33,2333)](')('[ dttCtST ].
22. Segundo as estimativas dos engenheiros, o custo de um novo produto é de 156)( += xxCT .
Calcule o custo médio mCM e = decorrente da produção das primeiras 64 unidades.
[Sol.: 47. 47)(
1
=∫
−
=
b
a
dxxf
ab
m ]
23. Para uma empresa, um determinado produto gera uma renda a uma taxa de $200.000,00 por
ano. Ao ser obtida, tal renda é aplicada várias vezes ao dia a uma taxa anual de 10% composta
continuamente. Qual o valor futuro acumulado para esse fluxo de renda após 4 anos?
[Sol.: 21,709.983$=VF ]
24. Numa empresa, a produção de uma máquina é vendida e proporciona uma renda a uma taxa de
$40.000,00 por ano. Ao ser obtida, tal renda é aplicada várias vezes ao dia a uma taxa anual de
12% composta continuamente. Qual o valor presente dessa máquina, considerando uma vida
útil de 10 anos e mantidas as mesmas taxas de renda e de juros nesse período?
[Sol.: 47,075.1=VF dólares]
25. Determine o valor futuro de um fluxo de renda, em que a renda é gerada segundo uma taxa
dada por 20010)( += xxR (milhares de dólares/ano), a capitalização contínua é feita a uma
taxa anual de 10% e o período é de 4 anos.
[Sol.: … … …]
26. Uma companhia calcula que a taxa de renda produzida por uma máquina no tempo t será
t1005000 − dólares por ano. Determinar o valor presente deste fluxo contínuo de rendimentos
durante os próximos quatro anos, com uma taxa de juros de 6%.
[Sol.: 17098)1005000(
4
0
06,0 =−∫ − dtet t dólares]
27. O dono de um cinema está a considerar dois planos alternativos para reformas do cinema. O
plano A exige um desembolso de 250.000 dólares, enquanto o plano B requer um desembolso
de 180.000 dólares. Foi estimado que, adoptando o plano A, resultaria um fluxo de renda
líquida gerado à taxa de 000.630)( =xf dólares por ano, enquanto o plano B resultaria num
fluxo de renda gerado à taxa de 000.580)( =xg dólares por ano pelos próximos 3 anos. Se a
taxa de juros pelos próximos 5 anos for de 10% ao ano, qual dos dois planos gerará maior renda
líquida ao final dos 3 anos?
[Sol.: Fazendo:
- Para o plano A, ∫ ≅≅−−
3
0
1.0 845.382.1000.250000.630 Kdxe x .
- Para o plano B, ∫ ≅≅−−
3
0
1.0 254.323.1000.180000.580 Kdxe x .
Assim, conclui-se que o plano A geraria uma renda maior no final dos 3 anos]
28. Suponha que uma indústria está perante um problema de escolha entre dois métodos de
produção de um dado produto. Quando x unidades do produto estão sendo produzidas, os
métodos I e II têm os respectivos custos marginais CI e CII a seguir indicados. Então qual o
método de produção mais barato, se 4000 unidades estão sendo produzidas tendo em conta que,
1000/
2
1000
5)( xI e
xxC −⋅⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛−= , e
2
4003)(
+
+=
x
xCII .
[Sol.: 476.18])1000/(5[
4000
0
1000/2 ≅⋅−= ∫ − dxexT xI ;
041.15])2/(4003[
4000
0
2 ≅++= ∫ dxxTII . Donde se conclui que o
método II é que poderá conduzir a um custo de produção global
mais baixo]
29. Estima-se que um determinado investimento gerará renda à taxa de 000.200)( =xR
dólares/ano pelos próximos 5 anos. Determinar o valor presente desse investimento se a taxa de
juros prevalecente é de 8% ao ano compostos continuamente.
[Sol.: 824.200 dólares]
30. Determine o valor de uma anuidade com pagamentos de 250,00 dólares/mês por um período de
20 anos rendendo juros à taxa de 8% ao ano compostos continuamente.
[Sol.: 148.239 dólares]
31. Um indivíduo deposita 150 dólares/mês numa poupança que rende juros de 8% compostos
continuamente. Calcular o montante que ele terá na sua conta após 15 anos.
[Sol.: 52.203,00 dólares]
32. Uma Família deseja estabelecer uma conta de custódia para financiar a educação dos seus
filhos. Se eles depositarem 200 dólares/mês por um período de 10 anos numa conta poupança
rendendo juros de 9% ao ano compostos continuamente, qual será o saldo da poupança ao fim
desse período?
[Sol.: ....dólares]
33. Estime o valor presente de uma anuidade se os pagamentos são de 1200 dólares/mês por um
período de 15 anos e a conta rende juros à taxa de 10% ao ano compostos continuamente.
[Sol.: 11.869,00 dólares]
34. Um grupo de ex-estudantes de uma universidade deseja instituir uma bolsa anual no valor de
1500 dólares a partir do próximo ano. Se o fundo de bolsa de estudos rende juros a uma taxa de
8% ao ano compostos continuamente, encontre o valor da doação que estes necessitam de fazer
hoje.
[Sol.: 18.750 dólares]
35. O valor presente de um fluxo perpétuo de renda que flúi continuamente a uma taxa )(tP
dólares/ano é dado pela fórmula ∫
∞
−=
0
)( dxetPVP rt , onde r é a taxa anual de juros compostos
continuamente. Usando a fórmula devida, encontre o valor presente de um fluxo perpétuo de
renda líquida dada pela expressão, ttP 4000000.10)( += dólares por ano.
[Sol.: 2
000.4000.10
r
rVP += dólares, (sug. 0lim =
∞→ rbb e
b
)]
36. O valor capital (valor presente de venda) CV de uma propriedade que pode ser alugada numa
base perpétua por R dólares anualmente é aproximado pela fórmula ∫
∞
−≈
0
Re dtCV it , onde i é
a taxa de juros contínua predominante.
a) Mostre que iRCV /=
b) Encontre o valor capital de propriedade que pode ser alugada por 10.000 dólares/ano
quando a taxa de juros contínua predominante é de 12%.
[Sol.: ... ...]