Enunciado

Use o Teorema da Comparação para determinar se a integral é convergente ou divergente.

∫ 0 ∞ arctg ⁡ x 2 + e x d x

Passo 1

Vamos lá, o Teorema da Comparação diz que:

Supondo que f e g são contínuas com f x ≥ g x ≥ 0 para x ≥ a :

se ∫ a ∞ f x d x é convergente, então ∫ a ∞ g x d x é convergente;

se ∫ a ∞ g x d x é divergente, então ∫ a ∞ f x d x é divergente.

Temos que para x ≥ 0 :

arctg ⁡ x < π 2 < 2 → arctg ⁡ x 2 + e x < 2 e x = 2 e - x

Pronto, temos que:

∫ 0 ∞ f x d x = ∫ 0 ∞ 2 e - x d x

Vamos calcular essa integral:

Para calcular essa integral vamos usar a Definição de uma Integral Imprópria do Tipo 1:

∫ 0 ∞ 2 e - x d x = lim t → ∞ ⁡ ∫ 0 t 2 e - x d x = lim t → ∞ ⁡ - 2 e - x 0 t = lim t → ∞ ⁡ - 2 e - t - - 2 e - 0 = lim t → ∞ ⁡ - 2 e t + 2 = 2

Assim, ∫ 0 ∞ f x d x = ∫ 0 ∞ 2 e - x d x é convergente, pronto, temos que 0 ≤ g x ≤ f x , assim ∫ 0 ∞ arctg ⁡ x 2 + e x d x é convergente.

Resposta

∫ 0 ∞ arctg ⁡ x 2 + e x d x é convergente

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