Enunciado

Calcule a integral.

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

Passo 1

Vamos olhar o denominador, ele então é um produto de fatores lineares distintos e que se repetem, vamos então usar a seguinte fórmula:

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

Vamos achar os valores de A , B e C , vamos multiplicar os lados da equação pelo produto dos denominadores x (x - 1)^2 :

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

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

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

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

2 x^2 + 3 = A x^2 - 2 A x + A + B x^2 - B x + C x

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

Passo 2

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 = 2],[- 2 A - B + C = 0],[A = 3]])

Com a terceira temos o valor de A :

A = 3

Agora substituindo isso na primeira temos:

A + B = 2 -> B = 2 - A -> B = 2 - 3 -> B = - 1

Agora vamos substituir na segunda:

- 2 A - B + C = 0 -> - 2 * 3 - (- 1) + C = 0 -> - 6 + 1 + C = 0 -> C = 5

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

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

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

Agora vamos resolver as três integrais separadamente.

Passo 3

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:

3 int (1)/(x) d x = 3 ln |x| + C

Passo 4

Com a segunda, vamos usar a Regra da Substituição:

u = x - 1

Vamos agora achar diferencial de u , derivando:

d u = 1 - 0 d x = d x

Fazendo a substituição ficamos com:

- int (1)/(x - 1) d x = - 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:

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

Passo 5

Vamos usar a Regra da Substituição novamente agora na terceira:

v = x - 1

Vamos agora achar diferencial de v , derivando:

d v = 1 - 0 d x = d x

Fazendo a substituição ficamos com:

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

Aqui, 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:

5 int v^(- 2) d v = 5 * (v^(- 2 + 1))/(- 2 + 1) + C = 5 * (v^(- 1))/(- 1) + C = - (5)/(v) + C

Passo 6

Agora é só juntar tudo:

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

Resposta

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

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