Enunciado

Se f for contínua e ∫ 0 9 f x d x = 4 , encontre ∫ 0 3 x   f x 2   d x .

Passo 1

A integral por substituição é uma forma de resolver os cálculos do tipo

∫ f ( g ( x ) ) g ' ( x ) d x

Ou seja, é uma estratégia de resolução que atua como uma relação contrária à regra da cadeia em derivadas.

Temos que na regra da cadeia (para g x = u )

d F ( g ( x ) ) d x = d F u d u d g x d x  

Realizando a operação de integração em relação a x e tomando F ' g x = d F u d u = f u

∫ d F ( g ( x ) ) d x d x = ∫ d F u d u d g x d x d x

F ( g ( x ) ) = ∫ f ( g ( x ) ) d g x d x d x

∫ f ( u ) d u = ∫ f ( g ( x ) ) g ' ( x ) d x

Para essa questão utilizaremos essa regra de integração para obter o resultado.

Passo 2

Nessa questão temos a seguinte integral:

∫ 0 9 f x d x = 4

Sendo f uma função contínua. E temos que encontrar:

∫ 0 3 x   f x 2   d x

Pra isso vamos pega essa última integral e usar substituição simples. Onde:

u = x 2

d u d x = 2 x → d x = 1 2 x d u  

Além disso precisamos alterar os limites de integração:

u = x 2 → 3 2 = 9

u = x 2 → 0 2 = 0

Substituindo:

∫ 0 3 x   f x 2   d x = ∫ 0 9 x   f u   1 2 x d u

1 2 ∫ 0 9 f u d u

Passo 3

Agora tá moleza, pois:

∫ 0 9 f u d u = ∫ 0 9 f x d x = 4

Eu sei que são variáveis diferentes, mas é só a forma com que a gente chama a variável! O valor não muda. Seria a mesma coisa da gente ter as funções:

f x = x + 1

f u = u + 1

Uma é em função de x e outra de u , mas se substituirmos o mesmo valor nelas teremos o mesmo resultado final!

Então:

1 2 ∫ 0 9 f u d u = 1 2 × 4 = 2

Prontinho!

Resposta

∫ 0 3 x   f x 2   d x = 2

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