Matemática, perguntado por Lukyo, 1 ano atrás

(50 PONTOS) Calcule a integral definida:
~
\displaystyle\int\limits_{1}^{2\sqrt{3}-1}{\dfrac{1}{1+\left(\sqrt{3}-\left|x-\sqrt{3}\right| \right )^{\!2}}\,dx}

_______________________

Sugestão: Utilize a simetria da função f(x)=\dfrac{1}{1+\left(\sqrt{3}-\left|x-\sqrt{3}\right| \right )^{\!2}} sobre o intervalo de integração.
~


Lukyo: Não, o enunciado é um pouquinho diferente..
Lukyo: Possa ser que os cálculos sejam iguais e dêem o mesmo resultado..
Lukyo: Sim, eu sei.. eu já fiz aqui. Só estou explorando o conceito de simetria :-)
Lukyo: sim..

Soluções para a tarefa

Respondido por Niiya
6
Considere f(x)=\dfrac{1}{1+(\sqrt{3}-|x-\sqrt{3}|)^{2}}

Mostrando que x=\sqrt{3} é eixo de simetria de f:

Avaliando f(√3 - δ):

f(\sqrt{3}-\delta)=\dfrac{1}{1+(\sqrt{3}-|\sqrt{3}-\delta-\sqrt{3}|)^{2}}\\\\\\f(\sqrt{3}-\delta)=\dfrac{1}{1+(\sqrt{3}-|-\delta|)^{2}}\\\\\\f(\sqrt{3}-\delta)=\dfrac{1}{1+(\sqrt{3}-|\delta|)^{2}}

Avaliando f(√3 + δ):

f(\sqrt{3}+\delta)=\dfrac{1}{1+(\sqrt{3}-|\sqrt{3}+\delta-\sqrt{3}|)^{2}}\\\\\\f(\sqrt{3}-\delta)=\dfrac{1}{1+(\sqrt{3}-|\delta|)^{2}}

Como f(\sqrt{3}-\delta)=f(\sqrt{3}+\delta) para δ apropriado (δ tal que √3 ± δ estejam no domínio de f), temos que x=\sqrt{3} é eixo de simetria do gráfico de f

Além disso, temos que f(1)=f(2\sqrt{3}-1)=\dfrac{1}{2}:

f(1)=\dfrac{1}{1+(\sqrt{3}-|1-\sqrt{3}|)^{2}}\\\\\\f(1)=\dfrac{1}{1+(\sqrt{3}-(\sqrt{3}-1))^{2}}\\\\\\f(1)=\dfrac{1}{1+(\sqrt{3}-\sqrt{3}+1)^{2}}\\\\\\f(1)=\dfrac{1}{1+1^{2}}\\\\\\\boxed{\boxed{f(1)=\dfrac{1}{2}}}

e

f(2\sqrt{3}-1)=\dfrac{1}{1+(\sqrt{3}-|2\sqrt{3}-1-\sqrt{3}|)^{2}}\\\\\\f(2\sqrt{3}-1)=\dfrac{1}{1+(\sqrt{3}-|\sqrt{3}-1|)^{2}}\\\\\\f(2\sqrt{3}-1)=\dfrac{1}{1+(\sqrt{3}-(\sqrt{3}-1))^{2}}\\\\\\f(2\sqrt{3}-1)=\dfrac{1}{1+1^{2}}\\\\\\\boxed{\boxed{f(2\sqrt{3}-1)=\dfrac{1}{2}}}

Ou seja, 2\sqrt{3}-11 são simétricos em relação ao eixo x=\sqrt{3}
______________________________

Podemos integrar em 1 lado do eixo e encontrar a área desejada:

\displaystyle\int\limits_{1}^{2\sqrt{3}-1}f(x)dx=2\int\limits_{1}^{\sqrt{3}}f(x)dx

Nesse lado do eixo, a expressão para f é

f(x)=\dfrac{1}{1+(\sqrt{3}-|x-\sqrt{3}|)^{2}}\\\\\\f(x)=\dfrac{1}{1+(\sqrt{3}-(\sqrt{3}-x))^{2}}\\\\\\f(x)=\dfrac{1}{1+x^{2}}

Pois, nesse lado do eixo, temos x~\textless~\sqrt{3}~\longrightarrow~|x-\sqrt{3}|=\sqrt{3}-x

Então:

\displaystyle\int\limits_{1}^{2\sqrt{3}-1}f(x)dx=2\int\limits_{1}^{\sqrt{3}}\dfrac{1}{1+x^{2}}dx\\\\\\\int\limits_{1}^{2\sqrt{3}-1}f(x)dx=2\int\limits_{1}^{\sqrt{3}}\dfrac{d}{dx}arctan(x)dx\\\\\\\int\limits_{1}^{2\sqrt{3}-1}f(x)dx=2\bigg[ arctan(x)\bigg]_{1}^{\sqrt{3}}\\\\\\\int\limits_{1}^{2\sqrt{3}-1}f(x)dx=2arctan(\sqrt{3})-2arctan(1)\\\\\\\int\limits_{1}^{2\sqrt{3}-1}f(x)dx=\dfrac{2\pi}{3}-\dfrac{2\pi}{4}\\\\\\\int\limits_{1}^{2\sqrt{3}-1}f(x)dx=\dfrac{8\pi-6\pi}{12}

\displaystyle\int\limits_{1}^{2\sqrt{3}-1}f(x)dx=\dfrac{2\pi}{12}\\\\\\\boxed{\boxed{\int\limits_{1}^{2\sqrt{3}-1}f(x)dx=\dfrac{\pi}{6}}}

Lukyo: Obrigado! :-)
Niiya: De nada :)
Perguntas interessantes