Calcule o comprimento do gráfico de f x = ln ⁡ cos ⁡ x , para 0   ≤   x   ≤ π 4 .

Passo 1

Eaee!!! Belezinha? Bom... a questão quer que a gente calcule o comprimento da seguinte função:

f x = ln ⁡ cos ⁡ x

Para o intervalo 0   ≤   x   ≤ π 4 .

Para isso, temos que ter em mente que o comprimento L é dado por (já aplicando o nosso intervalo):

L = ∫ 0 π / 4 1 + y ' x 2 d x

Assim, temos que derivar nossa função para podermos aplicar nessa formulazinha e resolver essa integral!!

Agora vamos juntos!!

😉

Passo 2

Então... derivando nossa expressão pela regra da cadeia, obtemos:

f ' x = y ' x = - sin ⁡ x cos ⁡ x ∴

y ' x = - tan ⁡ x

Substituindo a derivada na nossa integral, temos:

L = ∫ 0 π 4 1 + - tan ⁡ x 2 d x ∴

L = ∫ 0 π 4 1 + tan 2 ⁡ x d x

Vamos lembrar da seguinte identidade trigonométrica:

tan 2 ⁡ x + 1 = sec 2 ⁡ x

Assim, substituindo, temos:

L = ∫ 0 π 4 sec 2 ⁡ x d x ∴

L = ∫ 0 π 4 sec ⁡ x d x

Como estamos trabalhando apenas no intervalo 0 ≤ x ≤ π 4 , então sec ⁡ x = sec ⁡ x . Portanto:

L = ∫ 0 π 4 sec ⁡ x d x ∴

Resolvendo a integral:

L = ln ⁡ sec ⁡ x + tan ⁡ x π 4 0 ∴

L = ln ⁡ 2 + 1

Entendeu direitinho? Responde aee ;)

Resposta

L = ln ⁡ 2 + 1

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