Enunciado

Calcule a integral.

int (x - 1)/(x ² - 4 x + 5) d x

Passo 1

Primeiro vamos analisar qual regra usar para calcular essa integral, então mãos a massa: vamos tentar simplificar a expressão, se formos tentar achar as raízes do denominador vamos ver que o Delta é negativo, assim não temos raízes reais, vamos tentar então ajustar o denominador para ter raízes reais, vemos que ele se parece muito com x^2 - 4 x + 4 = (x - 2)^2 , assim vamos fazer essa modificação, e ajustar o numerador também:

int (x - 1)/(x ² - 4 x + 5) d x = int ((x - 2) + 1)/((x - 2)^2 + 1) d x

Pronto, agora tá com uma cara melhor, vamos ver o que dá pra fazer.

Passo 2

Bem, agora podemos usar a Regra da Substituição, vamos fazer uma mudança de variável para encontrar o valor dessa integral, vemos que temos um x no denominador e no numerador, podemos então usar a mudança de variável:

u = x - 2

Vamos agora achar diferencial de u , derivando:

d u = 1 - 0 d x = d x

Fazendo a substituição ficamos com:

int ((x - 2) + 1)/((x - 2)^2 + 1) d x = int (u + 1)/(u^2 + 1) d u = int (u)/(u^2 + 1) + (1)/(u^2 + 1) d u = int (u)/(u^2 + 1) d u + int (1)/(u^2 + 1) d u

Agora vamos resolver as duas integrais separadamente, para não confundir, vamos lá.

Passo 3

Vamos analisar o que fazer para calcular:

int (u)/(u^2 + 1) d u

Aqui vamos usar Substituição novamente, repare que temos um u^2 no denominador e u no numerador, que é parecido com a derivada de u^2 , vamos fazer então:

v = u^2 + 1

O que nos dá:

d v = 2 u + 0 d u = 2 u d u -> u d u = (d v)/(2)

Vamos substituir:

int (u)/(u^2 + 1) d u = int (1)/(2 v) d v

Agora é fácil achar as primitivas da função, usando duas expressões da Tabela de Integrais Indefinidas:

int c f (x) d x = c int f (x) d x

int (1)/(x) d x = ln |x| + C

Agora é só aplicar:

int (1)/(2 v) d v = (1)/(2) int (1)/(v) d v = (1)/(2) ln |v| + C

Passo 4

Agora vamos para a segunda integral:

int (1)/(u^2 + 1) d u

Esse é simples, já tá na forma de uma das integrais indefinidas da tabela:

int (1)/(x^2 + 1) d x = tg^(- 1) x + C

Então ficamos com:

int (1)/(u^2 + 1) d u = tg^(- 1) u + C

Passo 5

Vamos agora juntar:

int (u)/(u^2 + 1) d u + int (1)/(u^2 + 1) d u = (1)/(2) ln |v| + tg^(- 1) u + C

Calma, não terminou ainda, não esqueça de voltar para a variável x , é só substituir de volta o que você usou no começo:

int (u)/(u^2 + 1) d u + int (1)/(u^2 + 1) d u = (1)/(2) ln |v| + tg^(- 1) u + C = (1)/(2) ln |u^2 + 1| + tg^(- 1) (x - 2) + C = (1)/(2) ln |(x - 2)^2 + 1| + tg^(- 1) (x - 2) + C

Aqui só mais um detalhe, podemos tirar o módulo do l n , pois a expressão vai ser sempre positiva, não importa qual valor de x , assim:

int (x - 1)/(x ² - 4 x + 5) d x = int (u)/(u^2 + 1) d u + int (1)/(u^2 + 1) d u = (1)/(2) ln ((x - 2)^2 + 1) + tg^(- 1) (x - 2) + C = (1)/(2) ln (x^2 - 4 x + 5) + tg^(- 1) (x - 2) + C

Resposta

int (x - 1)/(x ² - 4 x + 5) d x = (1)/(2) ln (x^2 - 4 x + 5) + tg^(- 1) (x - 2) + C

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