Enunciado

Encontre o comprimento da curva y = ln x de x = 1 a x = 2 .

Passo 1

Então galera, de acordo com a seção 6.4 do Anton, vimos que parar calcularmos o comprimento de uma curva plana, devemos encontrar:

L = int_a^b sqrt(1 + (f^' (x))^2) d x

No qual a e b são os intervalos dados pelo enunciado e f ( x ) é a curva em questão! De início, temos que nossa função é:

f (x) = ln x

Então nossa derivada, ou seja, f^' (x) será:

f^' (x) = (1)/(x)

Então nossa integral será:

L = int_1^2 sqrt(1 + (1)/(x^2)) d x

Simplificando:

L = int_1^2 sqrt((x^2 + 1)/(x^2)) d x

Passo 2

Ok, agora que encontramos a integral que temos que resolver, mãos a obra! Como aparece uma raíz do tipo sqrt(a^2 + x^2) no nosso numerador, então vamos utilizar a seguinte substituição trigonométrica, saca só:

x = a . tan theta

Disso tiramos que:

x = 1 . tan theta

d x = sec^2 theta d theta

Substituindo os novos valores na nossa integral, teremos:

int_1^2 sqrt((x^2 + 1)/(x^2)) d x = int_1^2 sqrt((tan^2 theta + 1)/(tan^2 theta)) sec^2 theta d theta

Como sec^2 theta = tan^2 theta + 1 , então podemos fazer:

int_1^2 sqrt((tan^2 theta + 1)/(tan^2 theta)) sec^2 theta d theta = int_1^2 (sec^3 theta)/(tan theta) d theta

Show, simplificamos bastante nossa integral, gente!

Passo 3

Utilizando a mesma substituição do passo anterior, teremos:

int_1^2 ((tan^2 theta + 1) . sec theta)/(tan theta) d theta = int_1^2 (sec theta . tan theta + csc theta) d theta

Disso podemos separar duas integrais:

int_1^2 (sec theta . tan theta + csc theta) d theta = int_1^2 (sec theta . tan theta) d theta + int_1^2 (csc theta) d theta

A segunda integral é uma integral tabelada, no qual seu resultado é:

int_1^2 (csc theta) d theta = [ln |csc theta - cot theta|] (2)/(1)

A primeira integral também é imediata, galera! Lá de derivadas, a função que quando derivada resulta naquele produto sec theta . tan theta é f (x) = sec theta , então:

int_1^2 (sec theta . tan theta) d theta = [sec theta] (2)/(1)

Juntando as duas integrais, teremos:

int_1^2 (sec theta . tan theta) d theta + int_1^2 (csc theta) d theta = [sec theta] (2)/(1) + [ln |csc theta - cot theta|] (2)/(1)

Passo 4

Beleza, resolvemos nossa integral, galera! No entanto, chegamos em um resultado em termos de theta , mas queremos em termos de x ! Da substituição trigonométrica que fizemos no passo 1, conseguimos tirar o seguinte:

sec theta = sqrt(x^2 + 1)

csc theta = (sqrt(x^2 + 1))/(x)

cot theta = (1)/(x)

Substituindo, teremos:

[sec theta] (2)/(1) + [ln |csc theta - cot theta|] (2)/(1) = (sqrt(x^2 + 1) + ln |(sqrt(x^2 + 1) - 1)/(x)|) (2)/(1)

:. L = int_1^2 sqrt(1 + (1)/(x^2)) d x = (sqrt(5) + ln |(sqrt(5) - 1)/(2)| - sqrt(2) - ln |sqrt(2) - 1|) u . c

E esse é o nosso comprimento, pessoal!

Resposta

L = (sqrt(5) + ln |(sqrt(5) - 1)/(2)| - sqrt(2) - ln |sqrt(2) - 1|) u . c

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e)int s e n (n x) cos (m x) d x
c)int c o s (2 x) cos (x) d x
e)int_(- pi)^(pi) s e n (n x) cos (m x) d x
a)int s e n (7 x) cos (2 x) d x
b)int s e n (3 x) sen (5 x) d x