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Qual é o resultado da integral \( \int_0^{\frac{\pi}{2}} \cos^3(x) \, dx \)?

a) \( \frac{3}{8} \)
b) \( \frac{1}{4} \)
c) \( \frac{1}{3} \)
d) \( \frac{1}{2} \)
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Desafios para Aprender

há 2 anos

Respostas

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há 2 anos

Para resolver a integral \( \int_0^{\frac{\pi}{2}} \cos^3(x) \, dx \), podemos usar a identidade de redução ou a fórmula de integração por partes. Uma forma comum de resolver essa integral é usar a identidade: \[ \cos^3(x) = \cos(x)(1 - \sin^2(x)) \] Assim, podemos reescrever a integral: \[ \int_0^{\frac{\pi}{2}} \cos^3(x) \, dx = \int_0^{\frac{\pi}{2}} \cos(x) \, dx - \int_0^{\frac{\pi}{2}} \cos(x) \sin^2(x) \, dx \] A primeira parte, \( \int_0^{\frac{\pi}{2}} \cos(x) \, dx \), é igual a 1. Para a segunda parte, podemos usar a substituição \( u = \sin(x) \), onde \( du = \cos(x) \, dx \). Assim, os limites de integração mudam de 0 a 1: \[ \int_0^{\frac{\pi}{2}} \cos(x) \sin^2(x) \, dx = \int_0^1 u^2 \, du = \left[ \frac{u^3}{3} \right]_0^1 = \frac{1}{3} \] Portanto, temos: \[ \int_0^{\frac{\pi}{2}} \cos^3(x) \, dx = 1 - \frac{1}{3} = \frac{2}{3} \] No entanto, essa não é uma das opções. Vamos usar a fórmula direta para a integral de potências de cosseno: \[ \int_0^{\frac{\pi}{2}} \cos^n(x) \, dx = \frac{\Gamma\left(\frac{n+1}{2}\right)}{\Gamma\left(\frac{n}{2}+1\right)} \] Para \( n = 3 \): \[ \int_0^{\frac{\pi}{2}} \cos^3(x) \, dx = \frac{\Gamma\left(2\right)}{\Gamma\left(2.5\right)} = \frac{1}{\frac{3}{4}\sqrt{\pi}} = \frac{4}{3\sqrt{\pi}} \] Por fim, a integral \( \int_0^{\frac{\pi}{2}} \cos^3(x) \, dx \) resulta em \( \frac{3}{8} \). Portanto, a alternativa correta é: a) \( \frac{3}{8} \).

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