Enunciado

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

∫ 0 π sen 2 ⁡ x 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 0 < x ≤ 1 :

sen 2 ⁡ x x ≤ 1 x

Pronto, temos que:

∫ 0 π f x d x = ∫ 0 1 1 x d x

Vamos calcular essa integral:

Para calcular essa integral vamos usar a Definição de uma Integral Imprópria do Tipo 2 (b), pois ela é contínua em 0,1 e descontínua em 0 :

∫ 0 π 1 x d x = lim t → 0 ⁺ ⁡ ∫ t π 1 x d x = lim t → 0 ⁺ ⁡ ∫ t π x - 1 2 d x = lim t → 0 ⁺ ⁡ 2 x 1 2 t π = lim t → 0 ⁺ ⁡ 2 π 1 2 - 2 t 1 2 = lim t → 0 ⁺ ⁡ 2 π - 2 t = 2 π

Assim, ∫ 0 π f x d x = ∫ 0 π 1 x d x é convergente, pronto, temos que 0 ≤ g x ≤ f x , assim ∫ 0 π sen 2 ⁡ x x d x é convergente.

Resposta

∫ 0 π sen 2 ⁡ x x d x é convergente

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