Enunciado

Nos Exercícios 1-34, calcule as integrais sem usar tabelas.

1-

∫ 0 ∞ d x x 2 + 1

Passo 1

A integral dessa função é a arcotangente:

∫ 1 x 2 + 1 = t g - 1 ( x )

Porém a indeterminação dessa função vem de não podemos determinar exatamente que tipo de ângulo ela representa no infinito então:

lim b → ∞ ⁡ ∫ b ∞ 1 x 2 + 1 d x

Passo 2

Fazendo a integral indefinida dessa função nós teremos a seguinte substituição:

∫ 1 x 2 + 1 d x

x = t g   u

d x = sec 2 ⁡ u   d u

Substituindo esses valores na integral indefinida:

∫ sec 2 ⁡ u d u t g 2 u + 1

Porém conseguimos substituir t g 2 u + 1 , basta utilizarmos a relacao fundamental da trigonometria:

s e n 2 u + cos 2 ⁡ u = 1

Dividindo por cos 2 ⁡ u , teremos:

t g 2 u + 1 = sec 2 ⁡ u

Logo:

∫ sec 2 ⁡ u sec 2 ⁡ u = ∫ 1 d u = u

Como x = t g   u temos u = t g - 1 x

Logo nossa integral vai ser:

∫ 1 x 2 + 1 = t g - 1 x

Passo 3

Aplicando o resultado da integral na equação do passo 1 nós teremos:

lim b → ∞ ⁡ t g - 1 x 0 ∞

Aplicando o intervalo teremos:

lim b → ∞ ⁡ t g - 1 ∞ - t g - 1 0

Lembrando que qualquer integral definida se dá na forma:

∫ a b f x = F b - F ( a )

Conhecendo o comportamento da função tangente sabemos que tangente quando tende a 90 graus tende a infinito, logo:

π 2 - 0 = π 2

Resposta

π 2

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