• Matéria: Matemática
  • Autor: Fabionps
  • Perguntado 7 anos atrás

\int{\sqrt{1-4x^{2} } } \, dx


Lukyo: É para calcular a integral?
Fabionps: sim

Respostas

respondido por: Lukyo
5

Calcular a integral indefinida

    \mathsf{\displaystyle\int \sqrt{1-4x^2}\,dx}\\\\\\ \mathsf{\displaystyle=\frac{1}{2}\int \sqrt{1-4x^2}\cdot 2\,dx\qquad(i)}


Faça uma substituição trigonométrica:

    \begin{array}{rcl} \mathsf{2x=sen\,\theta}&\quad\Longrightarrow\quad &\mathsf{2\,dx=cos\,\theta\,d\theta}\\\\ &&\mathsf{\theta=arcsen(2x)} \end{array}


com \mathsf{-\frac{\pi}{2}\le \theta\le \frac{\pi}{2}}.


Além disso, temos que

    \mathsf{\sqrt{1-4x^2}=\sqrt{1-(2x)^2}}\\\\ \mathsf{\sqrt{1-4x^2}=\sqrt{1-sen^2\,\theta}}\\\\ \mathsf{\sqrt{1-4x^2}=\sqrt{cos^2\,\theta}}\\\\ \mathsf{\sqrt{1-4x^2}=|cos\,\theta|}


Como o cosseno nunca é negativo para \mathsf{-\frac{\pi}{2}\le \theta\le \frac{\pi}{2},} podemos dispensar o módulo e ficamos com

     \mathsf{\sqrt{1-4x^2}=cos\,\theta}


Substituindo em (i), a integral fica

    \mathsf{\displaystyle =\frac{1}{2}\int cos\,\theta\cdot cos\,\theta\,d\theta}\\\\\\ \mathsf{\displaystyle =\frac{1}{2}\int cos^2\,\theta\,d\theta\qquad(ii)}


Vamos aplicar uma das identidades para o cosseno do arco duplo:

    \mathsf{cos^2\,\theta=\dfrac{1}{2}\big[1+cos(2\theta)\big]}


e a integral (ii) fica

    \mathsf{\displaystyle=\frac{1}{2}\int \frac{1}{2}\big[1+cos(2\theta)\big]\,d\theta}\\\\\\ \mathsf{\displaystyle=\frac{1}{4}\int\big[1+cos(2\theta)\big]\,d\theta}\\\\\\ \mathsf{\displaystyle=\frac{1}{4}\int d\theta+\frac{1}{4}\int cos(2\theta)\,d\theta}\\\\\\ \mathsf{\displaystyle=\frac{1}{4}\int d\theta+\frac{1}{4}\cdot \frac{1}{2}\int cos(2\theta)\cdot 2\,d\theta}\\\\\\ \mathsf{\displaystyle=\frac{1}{4}\int d\theta+\frac{1}{8}\int cos(2\theta)\cdot 2\,d\theta\qquad (iii)}


Faça uma substituição simples na integral que aparece na segunda parcela:

    \mathsf{2\theta=u\quad\Longrightarrow\quad 2\,d\theta=du}


e a integral fica

    \mathsf{\displaystyle=\frac{1}{4}\int d\theta+\frac{1}{8}\int cos\,u\,du}\\\\\\ \mathsf{=\dfrac{1}{4}\,\theta+\dfrac{1}{8}\,sen\,u+C}\\\\\\ \mathsf{=\dfrac{1}{4}\,\theta+\dfrac{1}{8}\,sen(2\theta)+C\qquad(iv)}


Aplique a identidade do seno do arco duplo:

    \mathsf{sen(2\theta)=2\,sen\,\theta\,cos\,\theta}


e a integral (iv) fica

    \mathsf{=\dfrac{1}{4}\,\theta+\dfrac{1}{8}\cdot 2\,sen\,\theta\,cos\,\theta+C}\\\\\\ \mathsf{=\dfrac{1}{4}\,\theta+\dfrac{1}{4}\,sen\,\theta\,cos\,\theta+C}


Substitua de volta para a variável x, usando as relações de substituição:

    \left\{\begin{array}{l}\mathsf{\theta=arcsen(2x)}\\\\ \mathsf{sen\,\theta=2x}\\\\ \mathsf{cos\,\theta=\sqrt{1-4x^2}} \end{array}\right.


e a integral fica

    \mathsf{=\dfrac{1}{4}\,arcsen(2x)+\dfrac{1}{4}\cdot (2x)\cdot \sqrt{1-4x^2}+C}

    \mathsf{=\dfrac{1}{4}\,arcsen(2x)+\dfrac{1}{2}\,x\sqrt{1-4x^2}+C\quad \longleftarrow\quad resposta.}


Bons estudos! :-)



Anônimo: Tava sentindo falta dessas aulas !!! Ótima resposta amigo ! :-D
Lukyo: Imagina.. obrigado! :)
Anônimo: ^-^
Perguntas similares