Enunciado

Calcule a integral indefinida.

∫ x 2 1 - x   d x

Passo 1

Pessoal nessa questão devemos calcular a seguinte integral:

∫ x 2 1 - x   d x

E a técnica da substituição parece ser uma boa opção...

Como temos um fator dentro de uma raíz com mais de um termo, podemos usar a substituição para ficarmos com apenas um termo e facilitar a integração.

Para a técnica da substituição devemos pegar parte do que está sendo integrado e chama-lo de u .

Então, devemos encontrar d u derivando u em termos de x .

d u = u ' d x

E portanto teremos que:

d x = d u u '

E dessa forma, substituímos a diferencial de z da integral.

Por fim, basta resolver a integral e desfazer a substituição.

Passo 2

Temos que

∫ x 2 1 - x   d x

Essa integral vai exigir de nós um certo malabarismo: sabemos integrar funções potência com facilidadade, então seria muito útil deixa o denominador que é uma raíz escrito como uma potência de alguma variável (a potência pode ser fracionária).

∫ x 2 1 - x   d x = ∫ x 2 1 - x 1 / 2   d x

Mas ainda é difícil de resolver essa integral. Devemos tentar escrever o que está dentro do expoente fracionário como apenas um termo.

Vamos fazer isso tomando

u = 1 - x

Assim,

d u = - d x

E portanto,

d x = - d u

Mas para substituir x 2 , vamos realizar o seguinte malabarismo:

u = 1 - x

Então,

x = 1 - u

Elevando ao quadrado, temos:

x 2 = 1 - u 2

Que resolvendo o produto notável vira:

x 2 = 1 - 2 u + u 2

Passo 3

Fazendo a mudança de variável, a integral fica

∫ x 2 1 - x   d x = ∫ 1 - u 2 u   - d u

= - ∫ 1 - 2 u + u 2 u 1 / 2   d u

Essa fração pode ser aberta na soma de frações:

= - ∫ 1 u 1 2 - 2 u u 1 2 + u 2 u 1 2   d u

Que resulta em:

= - ∫ u - 1 2 - 2 u 1 2 + u 3 2

= ∫ ( 2 u 1 / 2 - u 3 / 2 - u - 1 / 2 )   d u

Efetuando a integral, usando a regra da potência, teremos:

∫ ( 2 u 1 / 2 - u 3 / 2 - u - 1 / 2 )   d u = 2 u 3 / 2 3 / 2 - u 5 / 2 5 / 2 - u 1 / 2 1 / 2 + C

Ajeitando:

= 4 3 u 3 - 2 5 u 5 - 2 u + C

Passo 4

Encontramos que:

∫ x 2 1 - x   d x = 4 3 u 3 - 2 5 u 5 - 2 u + C

Agora, basta voltar a variável original usando que:

u = 1 - x

∫ x 2 1 - x   d x = 4 3 ( 1 - x ) 3 - 2 5 ( 1 - x ) 5 - 2 1 - x + C

Resposta

4 3 ( 1 - x ) 3 - 2 5 ( 1 - x ) 5 - 2 1 - x + C

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