Enunciado

Calcule a integral.

int_3^4 (x^3 - 2 x^2 - 4)/(x^3 - 2 x^2) d x

Passo 1

Faala ae, beleza?? Bora resolver essa integral?

Nós temos que:

int_3^4 (x^3 - 2 x^2 - 4)/(x^3 - 2 x^2) d x

Então, repare que temos uma divisão de polinômios um pouco mais complexos, não daria para resolver por substituição... Vamos usar frações parciais!

Para isso, a primeira coisa aqui é achar as raízes do polinômio no denominador, para poder fatorá-lo. Logo, vamos achar as raízes de:

x^3 - 2 x^2 = 0

Beleza! Podemos colocar o x^2 em evidência, concorda? Assim:

x^2 (x - 2) = 0

O fato de que x^3 - 2 x^2 = x^2 ( x - 2 ) já nos basta para seguir com o método, pois já podemos ver a fatoração do polinômio e que suas raízes são 0 (2 vezes) e 2 . Mas, caso queira fazer conta, você pode seguir esse raciocínio:

Bom, então, ou x^2 = 0 ou x - 2 = 0 . Da primeira hipótese, temos:

x^2 = 0

:.

x = +- 0

Certo? O 0 aparece duas vezes como raiz. Da outra hipótese, temos:

x - 2 = 0

:.

x = 2

Beleza?? De fato, x = 0 e x = 2 são as raízes, lembrando que, como x^2 = 0 , o 0 vai “aparecer duas vezes” nas raízes.

Passo 2

Ok, antes de separar em frações parciais, o ideal seria ter um numerador de grau menor que o denominador, beleza? Então, vamos manipular essa fração:

(x^3 - 2 x^2 - 4)/(x^3 - 2 x^2) = (x^3 - 2 x^2)/(x^3 - 2 x^2) - (4)/(x^3 - 2 x^2)

= 1 - (4)/(x^3 - 2 x^2)

Sem mais delongas, agora que temos a fatoração do polinômio no denominador, podemos aplicar frações parciais dessa forma:

(4)/(x^3 - 2 x^2) = (A)/(x) + (B)/(x^2) + (C)/(x - 2)

Passo 3

Agora vamos fazer frações parciais nesse carinha aqui:

(4)/(x^2 (x + 2)) = (A)/(x) + (B)/(x^2) + (C)/(x - 2)

Multiplicando tudo por x^2 (x + 2) :

4 = A x (x - 2) + B (x - 2) + C x^2

4 = A x^2 - 2 A x + B x - 2 B + C x^2

Juntando em potências de x que aparecem em comum:

0 x^2 + 0 x + 4 = (A + C) x^2 + (- 2 A + B) x - 2 B

Fazendo a comparação entre os dois lados, ficamos então com o seguinte sisteminha:

{[[A + C = 0],[- 2 A + B = 0],[- 2 B = 4]])

Da terceira equação temos que B = - 2 .

Se jogarmos esse valor na segunda equação achamos que A = - 1 e depois indo pra terceira vemos que C = 1 .

Então aquele carinha em frações parciais fica:

(4)/(x^2 (x - 2)) = (- 1)/(x) - (2)/(x^2) + (1)/(x - 2)

E então a nossa expressão original fica:

(x^3 - 2 x^2 - 4)/(x^3 - 2 x^2) = 1 - ((- 1)/(x) - (2)/(x^2) + (1)/(x - 2))

= 1 + (1)/(x) + (2)/(x^2) - (1)/(x - 2)

Passo 4

Agora temos 4 integraizinhas, bem mais simples que a original, pra resolver:

int_3^4 (x^3 - 2 x^2 - 4)/(x^3 - 2 x^2) d x = int_3^4 1 d x + int_3^4 (1)/(x) d x + 2 int_3^4 (1)/(x^2) d x - int_3^4 (1)/(x - 2) d x

Vambora, então! Vamos resolver uma de cada vez, começando pela:

int_3^4 1 d x = (x)_3^4 = 1

Tranquila essa né? Vamos já para a próxima:

int_3^4 (1)/(x) d x = (ln |x|)_3^4 = ln (4) - ln (3)

Usando a propriedade do logaritmo:

int_3^4 (1)/(x) d x = ln ((4)/(3))

Próxima:

2 int_3^4 (1)/(x^2) d x = 2 int_3^4 x^(- 2) d x

= - 2 ((1)/(x))_3^4 = - 2 ((1)/(4) - (1)/(3)) = - 2 ((3 - 4)/(12))

= (1)/(6)

Por último:

- int_3^4 (1)/(x - 2) d x

Fazendo u = x - 2 -> d u = d x e os limites de integração passam a ser u = 3 - 2 = 1 para x = 3 e u = 4 - 2 = 2 para x = 4 . Assim:

- int_1^2 (1)/(u) d u = - (ln |u|)_1^2 = - ln 2 + ln 1

:.

= - ln 2

Beleza?

Passo 5

Agora podemos juntar tudo naquela expressão que vimos no início do passo anterior:

int_3^4 (x^3 - 2 x^2 - 4)/(x^3 - 2 x^2) d x = int_3^4 1 d x + int_3^4 (1)/(x) d x + 2 int_3^4 (1)/(x^2) d x - int_3^4 (1)/(x - 2) d x

Substituindo os valores que encontramos:

int_3^4 (x^3 - 2 x^2 - 4)/(x^3 - 2 x^2) d x = 1 + ln ((4)/(3)) + (1)/(6) - ln 2

Organizando:

int_3^4 (x^3 - 2 x^2 - 4)/(x^3 - 2 x^2) d x = (7)/(6) + ln ((4)/(6))

int_3^4 (x^3 - 2 x^2 - 4)/(x^3 - 2 x^2) d x = (7)/(6) + ln ((2)/(3))

Prontinho! Acabou!

Resposta

int_3^4 (x^3 - 2 x^2 - 4)/(x^3 - 2 x^2) d x = (7)/(6) + ln ((2)/(3))

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Escreva as formas de decomposição em frações parciais da função (como no exemplo 7). Não determine os valores numéricos dos coeficientes. a) x 4 - 2 x 3 + x 2 + 2 x - 1 x 2 - 2 x + 1 b) x 2 - 1x 3 + x
Calcule a integral.int (a x)/(x^2 - b x) d x
Calcule a integral.int (y)/(y + 2) d y
Calcule a integral.int (1)/((t + 4) (t - 1)) d t
Calcule a integral.int_2^3 (1)/(x^2 - 1) d x