Enunciado

Calcule a integral indefinida como uma série infinita.

∫ e x - 1 x d x  

Passo 1

Salve, galera! Tudo legalzinho?

A questão quer que a gente calcule a integral indefinida:

∫ e x - 1 x d x  

Como uma série infinita (soma de infinitos termos). Vale lembrar que uma integral indefinida é uma integral que não tem limites de integração.

O procedimento é o seguinte: primeiro achamos a série de Maclaurin para:

f x = e x - 1 x

Depois é só integrarmos termo a termo dessa série e vamos estar calculando a integral como uma s��rie infinita.

Antes vamos precisar achar o valor da série de Maclaurin para f x = e x - 1 x   a partir da série de Maclaurin para f x = e x , que já é conhecida por nós da teoria do livro.

Relembrando a série de Maclaurin: A série de Maclaurin nada mais é que a série de Taylor com a = 0 e é desse formato:

f x = ∑ n = 0 ∞ f n 0 n ! x n = f 0 + f ' 0 1 ! x + f ' ' 0 2 ! x 2 + …

Vamos resolver isso juntos!

Passo 2

Da teoria do nosso livro (Tabela 11 da sessão 10 do capítulo 11), já temos a série de Maclaurin para e x :

e x = ∑ n = 0 ∞ x n n ! = 1 + x + x 2 2 ! + x 3 3 ! + …

Para achar o termo vamos precisar integrar vamos subtrair 1 que vai cancelar com o primeiro termo da série da exponencial, fazendo a série começar em n = 1

e x - 1 = ∑ n = 1 ∞ x n n ! = x + x 2 2 ! + x 3 3 ! + …

Agora dividindo por x :

e x - 1 x = 1 x ∑ n = 1 ∞ x n n !

Como   a - n = 1 a n :

e x - 1 x = ∑ n = 1 ∞ x n ⋅ x - 1 n !  

E por fim b m + n = b m   ⋅ b n :

e x - 1 x = ∑ n = 1 ∞ x n - 1 n !

Prontinho, essa é a série de Maclaurin para f x .

Passo 3

Agora para integrar:

∫ e x - 1 x d x = ∫ ∑ n = 1 ∞ x n - 1 n ! d x  

Podemos colocar a integral dentro do somatório, deixando somente o que tem x dentro da integral.

∫ e x - 1 x d x = ∑ n = 1 ∞ 1 n ! ∫ x n - 1 d x

Resolvendo a integral, teremos:

∫ e x - 1 x d x = C + �� n = 1 ∞ 1 n ! x n n

Note que como a integral é indefinida, ou seja, não tem limites de integração, precisamos adicionar a constante C no resultado final.

∫ e x - 1 x d x = C + ∑ n = 1 ∞ x n n ⋅ n !

Resposta

∫ e x - 1 x d x = C + ∑ n = 1 ∞ x n n ⋅ n !

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