• Matéria: Matemática
  • Autor: berlimk2
  • Perguntado 6 anos atrás

Qual o resultado da integral ∫² ln x/x dx pelo Método dos Trapézios adotamos 5 subdivisões? A= 0,271829; B= 1,359146; C= 0,135915; D= 0,237172


SubGui: qual o limite inferior?

Respostas

respondido por: SubGui
6

Resposta:

\boxed{\bold{\displaystyle{d)~0.237172}}}

Explicação passo-a-passo:

Olá, boa noite.

Para calcularmos esta soma trapezoidal, devemos relembrar alguns conceitos.

Dado um intervalo [a,~b] que deve ter n subdivisões iguais, utilizamos o valor \Delta x para representar o valor de cada uma delas. Por isso, quanto maior for n, melhor é a aproximação.

Sabemos que \Delta x =\dfrac{b-a}{n} e estamos integrando a função no intervalo [1,~2], logo:

\Delta x=\dfrac{2-1}{5}=\dfrac{1}{5}

Lembremos que a fórmula que utilizamos para a soma trapezoidal \math{S} é dada por

S=\displaystyle{\sum_{i=0}^{n-1}\dfrac{(f(x_{i})+f(x_{i+1}))\Delta x}{2}

Então, substituindo os valores que temos na fórmula, ficaríamos com a seguinte soma:

S=\dfrac{\left(\dfrac{\ln 1}{1}+\dfrac{\ln\left(1+\dfrac{1}{5}\right)}{\left(1+\dfrac{1}{5}\right)}\right)\cdot\dfrac{1}{5}}{2} +\dfrac{\left(\dfrac{\ln\left(1+\dfrac{1}{5}\right)}{\left(1+\dfrac{1}{5}\right)}+\dfrac{\ln\left(1+\dfrac{2}{5}\right)}{\left(1+\dfrac{2}{5}\right)\right)\cdot\dfrac{1}{5}}}{2}+\dfrac{\left(\dfrac{\ln\left(1+\dfrac{2}{5}\right)}{\left(1+\dfrac{2}{5}\right)}+\dfrac{\ln\left(1+\dfrac{3}{5}\right)}{\left(1+\dfrac{3}{5}\right)\right)\cdot\dfrac{1}{5}}}{2}+\dfrac{\left(\dfrac{\ln\left(1+\dfrac{3}{5}\right)}{\left(1+\dfrac{3}{5}\right)}+\dfrac{\ln\left(1+\dfrac{4}{5}\right)}{\left(1+\dfrac{4}{5}\right)\right)\cdot\dfrac{1}{5}}}{2}+\dfrac{\left(\dfrac{\ln\left(1+\dfrac{4}{5}\right)}{\left(1+\dfrac{4}{5}\right)}+\dfrac{\ln\left(1+\dfrac{5}{5}\right)}{\left(1+\dfrac{5}{5}\right)\right)\cdot\dfrac{1}{5}}}{2}

Some os valores dentro dos parênteses

S=\dfrac{\left(\ln1+\dfrac{\ln\left(\dfrac{6}{5}\right)}{\left(\dfrac{6}{5}\right)}\right)\cdot\dfrac{1}{5}}{2} +\dfrac{\left(\dfrac{\ln\left(\dfrac{6}{5}\right)}{\left(\dfrac{6}{5}\right)}+\dfrac{\ln\left(\dfrac{7}{5}\right)}{\left(\dfrac{7}{5}\right)\right)\cdot\dfrac{1}{5}}}{2}+\dfrac{\left(\dfrac{\ln\left(\dfrac{7}{5}\right)}{\left(\dfrac{7}{5}\right)}+\dfrac{\ln\left(\dfrac{8}{5}\right)}{\left(\dfrac{8}{5}\right)\right)\cdot\dfrac{1}{5}}}{2}  +\dfrac{\left(\dfrac{\ln\left(\dfrac{8}{5}\right)}{\left(\dfrac{8}{5}\right)}+\dfrac{\ln\left(\dfrac{9}{5}\right)}{\left(\dfrac{9}{5}\right)\right)\cdot\dfrac{1}{5}}}{2}+\dfrac{\left(\dfrac{\ln\left(\dfrac{9}{5}\right)}{\left(\dfrac{9}{5}\right)}+\dfrac{\ln2}{2\right)\cdot\dfrac{1}{5}}}{2}

Simplificando as frações de frações e sabendo que o valor de \ln1=0, ficamos com:

S=\dfrac{\dfrac{5\ln\left(\dfrac{6}{5}\right)}{6}\cdot\dfrac{1}{5}}{2} +\dfrac{\left(\dfrac{5\ln\left(\dfrac{6}{5}\right)}{6}+\dfrac{5\ln\left(\dfrac{7}{5}\right)}{7\right)\cdot\dfrac{1}{5}}}{2}+\dfrac{\left(\dfrac{5\ln\left(\dfrac{7}{5}\right)}{7}+\dfrac{5\ln\left(\dfrac{8}{5}\right)}{8\right)\cdot\dfrac{1}{5}}}{2}  +\dfrac{\left(\dfrac{5\ln\left(\dfrac{8}{5}\right)}{8}+\dfrac{5\ln\left(\dfrac{9}{5}\right)}{9\right)\cdot\dfrac{1}{5}}}{2}+\dfrac{\left(\dfrac{5\ln\left(\dfrac{9}{5}\right)}{9}+\dfrac{\ln2}{2\right)\cdot\dfrac{1}{5}}}{2}

Efetue a propriedade distributiva da multiplicação

S=\dfrac{\ln\left(\dfrac{6}{5}\right)}{12}+\dfrac{\dfrac{\ln\left(\dfrac{6}{5}\right)}{6}+\dfrac{\ln\left(\dfrac{7}{5}\right)}{7}}{2}+\dfrac{\dfrac{\ln\left(\dfrac{7}{5}\right)}{7}+\dfrac{\ln\left(\dfrac{8}{5}\right)}{8}}{2}+\dfrac{\dfrac{\ln\left(\dfrac{8}{5}\right)}{8}+\dfrac{\ln\left(\dfrac{9}{5}\right)}{9}}{2}+\dfrac{\dfrac{\ln\left(\dfrac{9}{5}\right)}{9}+\dfrac{\ln2}{10}}{2}

Some as frações e simplifique-as caso possível

S=\dfrac{\ln\left(\dfrac{6}{5}\right)}{12}+\dfrac{7\ln\left(\dfrac{6}{5}\right)+6\ln\left(\dfrac{7}{5}\right)}{84}+\dfrac{8\ln\left(\dfrac{7}{5}\right)+7\ln\left(\dfrac{8}{5}\right)}{112}+\dfrac{9\ln\left(\dfrac{8}{5}\right)+8\ln\left(\dfrac{9}{5}\right)}{144}+\dfrac{10\ln\left(\dfrac{9}{5}\right)+9\ln2}{180}

O mínimo múltiplo comum entre os denominadores é 5040, logo

S=\dfrac{420\ln\left(\dfrac{6}{5}\right)+420\ln\left(\dfrac{6}{5}\right)+360\ln\left(\dfrac{7}{5}\right)+360\ln\left(\dfrac{7}{5}\right)+315\ln\left(\dfrac{8}{5}\right)+315\ln\left(\dfrac{8}{5}\right)}{5040}+\dfrac{280\ln\left(\dfrac{9}{5}\right)+280\ln\left(\dfrac{9}{5}\right)+252\ln2}{5040}

Sabendo que \ln\left(\dfrac{x}{y}\right)=\ln x-\ln y, ficamos com

S=\dfrac{840\ln6 +720\ln7+630\ln 8+560\ln 9+252\ln2-2750\ln5}{5040}

Com o auxílio de uma calculadora, por fim encontramos a aproximação

S\approx 0.237172

Este é o resultado da soma trapezoidal desta função neste intervalo e é a resposta contida na letra d).

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