Enunciado

Calcule a integral indefinida.

∫ 1 1 - x 2 sen - 1 ⁡ x   d x

Passo 1

E aí, pessoal 😊! Queremos calcular o valor da integral

∫ 1 1 - x 2 arcsen ⁡ x   d x .

Isso parece uma tarefa complicada, né? Em um primeiro momento, essa integral não se parece com nenhuma das presentes na Tabela de Integrais Indefinidas, para as quais conhecemos uma fórmula para o seu cálculo.

🤔 Então como resolvemos essa questão?

Utilizando a Regra da Substituição para transformar essa integral em uma que sabemos calcular.

A Regra da Substituição diz que: Se definirmos a função derivável g x como uma variável u , ou seja, u = g ( x ) , e se a função f for contínua em seu domínio I , então vale que

∫ f g x g ' x   d x =   ∫ f u   d u ,  

desde que a imagem de g ( x ) esteja contida no domínio I de f .

🤔 Mas como usamos essa Regra nessa questão?

No próximo Passo, vamos escolher as funções f e u = g ( x ) de maneira conveniente, que nos possibilite usar uma das integrais da Tabela.

💡 Vamos relembrar de uma integral indefinida que vai nos ajudar a resolver essa questão.

∫ d u u = ln ⁡ ( u ) + C .

Além disso, precisamos relembrar da seguinte derivada:

arcsen ⁡ x ' = 1 1 - x 2 .

Pronto, temos tudo o que precisamos!

Vamos colocar a mão na massa e resolver essa questão 😉.

Passo 2

Perceba que como

arcsen ⁡ x ' = 1 1 - x 2

e a função 1 1 - x 2 também aparece no integrando de

∫ 1 1 - x 2 arcsen ⁡ x   d x ,

então uma boa escolha para f e u é dada por

f x = 1 x

e

u = g x = arcsen ⁡ x ,

pois

f g x = 1 arcsen ⁡ x  

e, além disso, derivando u em relação à variável x , temos que

d u d x = g ' x = 1 1 - x 2 ,

ou seja,

d u = 1 1 - x 2 d x .

Logo, substituindo os respectivos valores, vale que

∫ f g x g ' x   d x =   ∫ 1 arcsen ⁡ x ⋅ 1 1 - x 2 d x .

Sendo assim, pela Regra da Substituição temos que a integral do enunciado pode ser reescrita como

∫ 1 1 - x 2 arcsen ⁡ x   d x = ∫ f u   d u ,

onde

∫ f u   d u = ∫ d u u .

Mas observe que essa integral da direita, em função da variável u , nós sabemos calcular né? Temos que

∫ d u u = ln ⁡ ( u ) + C ,

onde C é uma constante qualquer.

Logo,

∫ 1 1 - x 2 arcsen ⁡ x   d x = ∫ d u u = ln ⁡ u + C .

Passo 3

⚠️ Cuidado que ainda não terminamos! A igualdade

∫ 1 1 - x 2 arcsen ⁡ x   d x = ln ⁡ u + C

não é a resposta final, né? Pois precisamos reverter a mudança de variável que fizemos ao assumir u = g x = arcsen ⁡ x .

Fazendo isso, vamos ter que

�� 1 1 - x 2 arcsen ⁡ x   d x = ln ⁡ u + C = ln ⁡ arcsen ⁡ x + C ,

ou seja, a integral do enunciado é dada por ∫ 1 1 - x 2 arcsen ⁡ x   d x = ln ⁡ arcsen ⁡ x + C .

Resposta

A integral é dada por:

∫ 1 1 - x 2 arcsen ⁡ x   d x = ln ⁡ arcsen ⁡ x + C ,

onde C é uma constante qualquer.

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