Enunciado

Calcule a integral indefinida como uma série infinita.

∫ x 2 sen ⁡ x 2 d x

Passo 1

Olá, tudo bem?

Nesse exercício iremos analisar a integral:

∫ x 2 sen ⁡ x 2 d x

Para resolver isso, precisaremos transformar sen ⁡ x em uma série infinita usando a Tabela 1.

Com o auxílio da Tabela 1, temos que:

sen ⁡ x = ∑ n = 0 ∞ - 1 n x 2 n + 1 2 n + 1 !

Passo 2

Agora, vamos transformar sen ⁡ x 2 em uma série infinita, utilizamos a série infinita por sen ⁡ x da Tabela 1. Primeiro, substituímos x por x 2 na série para sen ⁡ x . Isso nos dá:

sen ⁡ x 2 = ∑ n = 0 ∞ - 1 n x 2 2 n + 1 2 n + 1 !

Agora, para simplificar a expressão, elevamos x 2 a potência 2 n + 1 , o que resulta em x 4 n + 2 . Isso nos leva à série:

= ∑ n = 0 ∞ - 1 n x 4 n + 2 2 n + 1 !

Portanto, a série para x 2 sen ⁡ x 2 é:

x 2 sen ⁡ x 2 = ∑ n = 0 ∞ - 1 n x 4 n + 4 2 n + 1 !

Passo 3

Agora, podemos integrar termo a termo. Embora a expressão resultante possa parecer intimidante devido ao seu tamanho, é importante notar que estamos simplesmente integrando um polinômio. Portanto, não se assuste com a extensão da expressão. Vamos resolver isso passo a passo:

Para integrar cada termo da série, basta aplicar a regra de integração para polinômios:

∫ x 4 n + 4   d x = x 4 n + 5 ( 4 n + 5 ) + C

onde C é uma constante de integração.

Portanto, a integral termo a termo da série é dada por:

∫ x 2 sen ⁡ x 2 d x = C + ∑ n = 0 ∞ - 1 n x 4 n + 5 2 n + 1 ! ( 4 n + 5 )

Resposta

∫ x 2 sen ⁡ x 2 d x = C + ∑ n = 0 ∞ - 1 n x 4 n + 5 2 n + 1 ! ( 4 n + 5 )

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Calcule a integral indefinida como uma série infinita. ∫ cos ⁡ x - 1 x d x
Use séries para aproximar a integral definida com a precisão indicada. ∫ 0 1 cos ⁡ ( x 3 ) d x (três casas decimais)
Encontre a soma da série. ∑ n = 0 ∞ - 1 n x 4 n n !
A fórmula de Taylor f x = f a + f ' a x - a + f ' ' a 2 ! x - a 2 + … + f n a n ! x - a n + f n + 1 a ( n + 1 ) ! x - a n + 1 expressa o valor de f em x em termos dos valores de f e suas derivadas em
Nos Exercícios 23-32, encontre a série de Taylor gerada por f em x = a .28. f x = 1 1 - x 3 ,a = 0