Matemática, perguntado por marcolinosantos, 1 ano atrás

calculo II
∫x³-√1-x²dx

Soluções para a tarefa

Respondido por Niiya
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\displaystyle\int x^{3}-\sqrt{1-x^{2}}dx=\int x^{3}dx-\int\sqrt{1-x^{2}}dx\\\\\\\displaystyle\int x^{3}-\sqrt{1-x^{2}}dx=\dfrac{x^{4}}{4}+c_{1}-\int\sqrt{1-x^{2}}dx
_______________________________________

Fazendo x=sen(\theta),~~\theta\in[-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}], temos dx=cos(\theta)d\theta, então

\displaystyle\int\sqrt{1-x^{2}}dx=\int\sqrt{1-(cos(\theta))^{2}}cos(\theta)d\theta\\\\\\\displaystyle\int\sqrt{1-x^{2}}dx=\int\sqrt{1-sen^{2}(\theta)}cos(\theta)d\theta

Da relação fundamental da trigonometria, tiramos que 1-sen^{2}(\theta)=cos^{2}(\theta)

\displaystyle\int\sqrt{1-x^{2}}dx=\int\sqrt{cos^{2}(\theta)}cos(\theta)d\theta\\\\\\\int\sqrt{1-x^{2}}dx=\int|cos(\theta)|cos(\theta)d\theta

Como \theta\in[-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}], cos(θ) ≥ 0, então |cos(θ)| = cos(θ)

\displaystyle\int\sqrt{1-x^{2}}dx=\int cos(\theta)cos(\theta)d\theta=\int cos^{2}(\theta)d\theta

Note que

cos(2\theta)=cos(\theta+\theta)=cos^{2}(\theta)-sen^{2}(\theta)\\\\cos(2\theta)=cos^{2}(\theta)-[1-cos^{2}(\theta)]\\\\cos(2\theta)=cos^{2}(\theta)-1+cos^{2}(\theta)\\\\2cos^{2}(\theta)=cos(2\theta)+1\\\\\\\boxed{\boxed{cos^{2}(\theta)=\dfrac{cos(2\theta)+1}{2}}}

Então:

\displaystyle\int\sqrt{1-x^{2}}dx=\int\dfrac{cos(2\theta)+1}{2}d\theta\\\\\\\int\sqrt{1-x^{2}}dx=\dfrac{1}{2}\int cos(2\theta)d\theta+\dfrac{1}{2}\int d\theta\\\\\\\int\sqrt{1-x^{2}}dx=\dfrac{1}{2}\int cos(2\theta)d\theta+\dfrac{\theta}{2}

Fazendo v=2\theta~\longrightarrow~dv=2d\theta~\longrightarrow~d\theta=\frac{1}{2}dv

\displaystyle\int\sqrt{1-x^{2}}dx=\dfrac{\theta}{2}+\dfrac{1}{2}\int cos(v)\dfrac{1}{2}dv\\\\\\\int\sqrt{1-x^{2}}dx=\dfrac{\theta}{2}+\dfrac{1}{4}\int cos(v)dv\\\\\\\int\sqrt{1-x^{2}}dx=\dfrac{\theta}{2}+\dfrac{1}{4}sen(v)+C\\\\\\\int\sqrt{1-x^{2}}dx=\dfrac{\theta}{2}+\dfrac{sen(2\theta)}{4}+C

Voltando para x:

x=sen(\theta)~~~\therefore~~~\boxed{\boxed{\theta=arcsen(x)}}\\\\\\x=sen(\theta)~~\therefore~~2xcos(\theta)=2sen(\theta)cos(\theta)=sen(2\theta)

Mas, como cos(\theta)=\sqrt{1-sen^{2}(\theta)}=\sqrt{1-x^{2}}, temos

sen(2\theta)=2x\sqrt{1-x^{2}}

Finalmente:

\displaystyle\int\sqrt{1-x^{2}}dx=\dfrac{\theta}{2}+\dfrac{sen(2\theta)}{2}+c_{2}\\\\\\\int\sqrt{1-x^{2}}dx=\dfrac{arcsen(x)}{2}+\dfrac{2x\sqrt{1-x^{2}}}{4}+c_{2}\\\\\\\boxed{\boxed{\int\sqrt{1-x^{2}}dx=\dfrac{arcsen(x)}{2}+\dfrac{x\sqrt{1-x^{2}}}{2}+c_{2}}}
_______________________________________

Então:

\displaystyle\int x^{3}-\sqrt{1-x^{2}}dx=\dfrac{x^{4}}{4}+c_{1}-\int\sqrt{1-x^{2}}dx\\\\\\\int x^{3}-\sqrt{1-x^{2}}dx=\dfrac{x^{4}}{4}+c_{1}-\dfrac{arcsen(x)}{2}-\dfrac{x\sqrt{1-x^{2}}}{2}-c_{2}\\\\\\\boxed{\boxed{\int x^{3}-\sqrt{1-x^{2}}dx=\dfrac{x^{4}}{4}-\dfrac{arcsen(x)}{2}-\dfrac{x\sqrt{1-x^{2}}}{2}+C}}

Niiya: Reveja a função e reposte a pergunta, não tem como eu responder, nem como ser essa função :[
marcolinosantos: perdão o inicio é - x^2 / 3...
marcolinosantos: perdão de novo. voltei lá no portal do aluno e conferi os exercícios. Sua resposta esta certa, pq o x é ao cubo mesmo
marcolinosantos: lá no inicio do enunciado
Niiya: Ah, ok!
marcolinosantos: Minha cabeça já está é doendo com esses exercícios
marcolinosantos: a sua resposta não bate com a que tem no portal
marcolinosantos: conferi e reconferi -x^2/3 ( 1 - x^2 ) raiz ( 1 -x^2 ) - 2/15 ( 1 - x^2 ) ^2 raiz ( 1 - x^2 ) + c
marcolinosantos: perdoa aí minha ignorância em não conseguir nem digitar um exercício correto.
Niiya: Ainda não entendi qual é a função a ser integrada! Poste a pergunta, com foto, de preferência
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