Enunciado

Calcule a integral.

int (x^5 - 4 x^3 + 1)/(x^3 - 4 x) d x

Passo 1

Aqui como temos que o coeficiente de x no numerador é maior que o do denominador vamos dividir os dois:

Temos então que:

x^5 - 4 x^3 + 1 = (x^3 - 4 x) x^2 + 1 -> (x^5 - 4 x^3 + 1)/(x^3 - 4 x) = ((x^3 - 4 x) x^2)/(x^3 - 4 x) + (1)/(x^3 - 4 x) ->

-> (x^5 - 4 x^3 + 1)/(x^3 - 4 x) = x^2 + (1)/(x^3 - 4 x)

Temos então que a integral fica:

int (x^5 - 4 x^3 + 1)/(x^3 - 4 x) d x = int x^2 + (1)/(x^3 - 4 x) d x = int x^2 d x + int (1)/(x^3 - 4 x) d x

Agora vamos resolver as duas integrais separadamente.

Passo 2

Com a primeira, para achar as primitivas da função, vamos usar essa expressão da Tabela de Integrais Indefinidas:

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

Aplicando:

int x^2 d x = (x^(2 + 1))/(2 + 1) + C = (x^3)/(3) + C

Passo 3

Com a segunda vamos analisar o denominador, ele pode ser decomposto em:

x^3 - 4 x = x (x^2 - 4) = x (x + 2) (x - 2)

Ele então é um produto de fatores lineares distintos, vamos então usar a seguinte fórmula:

(1)/(x^3 - 4 x) = (1)/(x (x + 2) (x - 2)) = (A)/(x) + (B)/(x + 2) + (C)/(x - 2)

Vamos achar os valores de A , B e C , vamos multiplicar os lados da equação pelo produto dos denominadores x (x + 2) (x - 2) :

1 = A (x + 2) (x - 2) + B x (x - 2) + C x (x + 2)

Vamos destrinchar essa expressão agora e isolar os termos do polinômio:

1 = A (x + 2) (x - 2) + B x (x - 2) + C x (x + 2)

1 = A (x^2 - 2 x + 2 x - 4) + B x^2 - 2 B x + C x^2 + 2 C x

1 = A (x^2 - 4) + B x^2 - 2 B x + C x^2 + 2 C x

1 = A x^2 - 4 A + B x^2 - 2 B x + C x^2 + 2 C x

1 = x^2 (A + B + C) + x (- 2 B + 2 C) + (- 4 A)

Passo 4

Temos uma igualdade de polinômios, então valos igualar os coeficientes de x de cada lado, e os termos constantes também, assim vamos ficar com o sistema:

{[[A + B + C = 0],[- 2 B + 2 C = 0],[- 4 A = 1]])

Temos que o valor de A é:

- 4 A = 1 -> A = - (1)/(4)

Substituindo na primeira:

A + B + C = 0 -> - (1)/(4) + B + C = 0 -> B + C = (1)/(4)

Isolando C na segunda:

- 2 B + 2 C = 0 -> - 2 B = - 2 C -> C = B

Substituindo C na primeira temos:

B + C = (1)/(4) -> B + B = (1)/(4) -> 2 B = (1)/(4) -> B = (1)/(8)

Temos então que C :

C = B = (1)/(8)

Pronto, achamos os valores de A , B e C , vamos agora substituir de volta na integral:

int (1)/(x^3 - 4 x) d x = int (- (1)/(4))/(x) + ((1)/(8))/(x + 2) + ((1)/(8))/(x - 2) d x = int (- 1)/(4 x) d x + int (1)/(8 (x + 2)) d x + int (1)/(8 (x - 2)) d x =

= - (1)/(4) int (1)/(x) d x + (1)/(8) int (1)/(x + 2) d x + (1)/(8) int (1)/(x - 2) d x

Agora vamos resolver as três integrais separadamente.

Passo 5

Com a primeira para achar as primitivas da função, vamos usar essa expressão da Tabela de Integrais Indefinidas:

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

Aplicando:

- (1)/(4) int (1)/(x) d x = - (1)/(4) ln |x| + C

Passo 6

Com a segunda, vamos usar a Regra da Substituição:

u = x + 2

Vamos agora achar diferencial de u , derivando:

d u = 1 + 0 d x = d x

Fazendo a substituição ficamos com:

(1)/(8) int (1)/(x + 2) d x = (1)/(8) int (1)/(u) d u

Aqui, para achar as primitivas da função, vamos usar essa expressão da Tabela de Integrais Indefinidas:

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

Aplicando:

(1)/(8) int (1)/(u) d u = (1)/(8) ln |u| + C

Passo 7

Vamos usar a Regra da Substituição novamente agora na terceira:

v = x - 2

Vamos agora achar diferencial de v , derivando:

d v = 1 - 0 d x = d x

Fazendo a substituição ficamos com:

(1)/(8) int (1)/(x - 2) d x = (1)/(8) int (1)/(v) d v

Aqui, para achar as primitivas da função, vamos usar essa expressão da Tabela de Integrais Indefinidas:

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

Aplicando:

(1)/(8) int (1)/(v) d v = (1)/(8) ln |v| + C

Passo 8

Agora é só juntar tudo:

int (x^5 - 4 x^3 + 1)/(x^3 - 4 x) d x = int x^2 d x + int (1)/(x^3 - 4 x) d x =

= (x^3)/(3) + - (1)/(4) int (1)/(x) d x + (1)/(8) int (1)/(x + 2) d x + (1)/(8) int (1)/(x - 2) d x = (x^3)/(3) - (1)/(4) ln |x| + (1)/(8) ln |u| + (1)/(8) ln |v| + 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 (x^5 - 4 x^3 + 1)/(x^3 - 4 x) d x = (x^3)/(3) - (1)/(4) ln |x| + (1)/(8) ln |u| + (1)/(8) ln |v| + C =

= (x^3)/(3) - (1)/(4) ln |x| + (1)/(8) ln |x + 2| + (1)/(8) ln |x - 2| + C

Resposta

int (x^5 - 4 x^3 + 1)/(x^3 - 4 x) d x = (x^3)/(3) - (1)/(4) ln |x| + (1)/(8) ln |x + 2| + (1)/(8) ln |x - 2| + C

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Calcule a integral indefinida.int (x^3 + 2 x^2 + 4)/(2 x^2 + 2) d x
Calcular a integral indefinida.int (d x)/(x (x^2 - x + 1)^2)
Calcule a integral indefinida.int (3 x^2)/(2 x^3 - x^2 - 2 x + 1) d x
Calcule a integral indefinida.int (2 x + 1)/(2 x^2 + 3 x - 2) d x
Calcule a integral indefinida.int (d x)/(x^3 - 4 x^2)