Enunciado

Calcule a integral.

int sqrt((1 + x)/(1 - x)) d x

Passo 1

Primeiro vamos analisar qual regra usar para calcular essa integral, então mãos a massa: vamos tentar fazer umas manipulações, como temos uma raiz no denominador, vamos multiplicar e dividir pelo seu conjugado, assim:

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

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

Vamos separar as expressões do numerador:

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

Passo 2

Vamos calcular as integrais separadamente. A primeira é fácil, já tá na forma de uma das integrais indefinidas da tabela:

int (d x)/(sqrt(a^2 - x^2)) = sen^(- 1) ((x)/(a)) + C

Assim:

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

Vamos achar a segunda usando Substituição, podemos tentar fazer com que u seja a expressão do denominador dentro da raiz, vamos lá:

u = 1 - x^2

Vamos agora achar diferencial de u , derivando:

d u = - 2 x d x -> x d x = - (d u)/(2)

Fazendo a substituição ficamos com:

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

Para achar a primitiva da função, vamos usar duas expressões da Tabela de Integrais Indefinidas:

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

int x^n d x = (x^(n + 1))/(n + 1) + C (n != - 1)

Então ficamos com:

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

Passo 3

Agora é só juntar tudo:

int (1 + x)/(sqrt(1 - x^2)) d x = int (1)/(sqrt(1 - x^2)) d x + int (x)/(sqrt(1 - x^2)) d x = sen^(- 1) (x) - sqrt(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, que foi u = 1 - x^2 :

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

Resposta

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

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