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Enunciado

Cálculo - Cálculo - 12ª Edição - Maurice D. Weir e Joel Hass (George B. Thomas)- Ed: 12º - Capítulo 5.6 - Ex. 100

Determine a área da região” triangular” no primeiro quadrante, limitada acima pela curva y = e x 2 abaixo pela curva y = e - x 2 e à direita pelas curva y = 2 l n ( 2 )

Passo 1

Perceba que inicialmente esboçar o gráfico para identificar qual a função que está acima e qual está abaixo, parece uma boa ideia. Já que pela definição

A = ∫ a b f x - g x d x

Ou seja, área da região entre as curvas, é a integral da função de cima f ( x ) menos a função de baixo g x .

Passo 2

Esboçando o gráfico da função, seja por um software, ou substituindo alguns valores em cada umas das funções para obter pontos, teremos um gráfico como esse ou parecido,

Onde, pelo que podemos ver em parte de 0 até 2 ln ⁡ 2 , y = e x 2         é a função que está por cima , y = e - x 2       é a função que está por baixo e a parte hachurada é região que desejamos calcular a área. Sendo assim a integral será :

∫ 0 2 l n ⁡ ( 2 ) e x 2 - e - x 2 d x

Cujos limites de integração foram obtidos, a partir de onde a parte hachurada começa até onde ela termina.

Passo 3

Já que já encontramos a “cara” integral que para determinar a área, então vamos partir para os cálculos e ver quando essa integral vai dar,ou seja,

∫ 0 2 l n ⁡ ( 2 ) e x 2 - e - x 2 d x

Utilizando substituição, suponha que u = x 2     então d u = 1 2   d x ⇒ d x = 2 . d u .Além disso quando x = ln ⁡ 3 ⇒ u = 2 ln ⁡ 2 2 = l n ⁡ ( 2 ) e quando x = 0 ⇒   u = 0 2   = 0 . Sendo assim

∫ 0 2 l n ⁡ ( 2 ) e x 2 - e - x 2 d x = ∫ u = 0 u = l n ( 2 ) ( e u - e - u )   2 . d u

Usando a regra de retirada da constante (integral da constante é a constante vezes a integral).

∫ 0 2 l n ⁡ ( 2 ) e x 2 - e - x 2 d x = ∫ u = 0 u = l n ⁡ ( 2 ) ( e u - e - u )   2 . d u = 2 ∫ u = 0 u = l n ( 2 ) ( e u - e - u )   d u

Usando o fato de s e n h u = ( e u - e - u ) 2 ⇒ ( e u - e - u ) = 2   s e n h ( u )   teremos,

∫ 0 2 l n ⁡ ( 2 ) e x 2 - e - x 2 d x = 2 ∫ u = 0 u = l n ( 2 ) ( e u - e - u )   d u = 2 ∫ u = 0 u = l n ( 2 ) 2 . s e n h ( u )   d u

Usando a regra de retirada da constante (integral da constante é a constante vezes a integral).

∫ 0 2 ln ⁡ 2 e x 2 - e - x 2 d x = 2 ∫ u = 0 u = l n ( 2 ) 2 . s e n h u d u

= 4 ∫ u = 0 u = l n ⁡ ( 2 ) s e n h ( u )   d u = 4 . [ c o s h ⁡ ( u ) ] ​ u = 0 u = l n ⁡ ( 2 )

Usando o Teorema Fundamental do Cálculo Parte II,

∫ 0 2 ln ⁡ 2 e x 2 - e - x 2 d x = 4 . cosh ⁡ u ​ u = 0 u = l n ⁡ ( 2 ) = 4 cosh ⁡ l n ⁡ ( 2 ) - cosh ⁡ 0

Portanto,

∫ 0 2 ln ⁡ 2 e x 2 - e - x 2 d x = 4 cosh ⁡ l n ⁡ ( 2 ) - cosh ⁡ 0

Resposta

Área da região entre y = e x 2   , y = e - x 2 , x = 2 e o eixo x   quando 0 ≤ x ≤ 2 l n ⁡ ( 2 ) é igual à 4 cosh ⁡ l n ⁡ ( 2 ) - cosh ⁡ 0 2 - 1 .

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Determine a área total da região delimitada pela curva y = 2 ln ⁡ x x e o eixo x de x = 1 até y = e .
Determine a área total da região delimitada pela curva x = y 2 3 e pelas retas x = y e y = - 1 .
Determine os valores extremos de f x = x 3 - 3 x 2 e a área da região delimitada pelo gráfico de f e pelo eixo x .
Ache o centroide da região x = 1 a x = π 2 , limitada pela curva y = c o s x e pelo eixo x.
Ache o centroide da região limitada pelo eixo y e pelas curvas y = s e nx - cos ⁡ x e y = s e nx + cos ⁡ x de x = 0 a x = π 2 .