Exercícios Resolvidos de Substituição Simples

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Enunciado

Calcule integral indefinida ∫ cos ⁡ x s e n ² ( x ) d x

Passo 1

Vamos lá, vamos tirar mais uma de letra!

Temos a seguinte integral para resolver

∫ cos ⁡ x s e n 2 x d x

Mas, agora temos um problema... Como resolver essa parada?

Uma saída e tentar usar o método da substituição simples. Pra isso vamos ver quem é a parte mais problemática da função. Esse sen 2 ⁡ x aí não tá agradando muito, né? Isso porque ele tá no denominador, o que dificulta um pouquinho a nossa vida.

Então, vamos fazer as seguintes, vamos chamar o sen ⁡ x de u , e transformar toda a nossa integral reescrevendo ela e mudando tudo que estiver em x , para relações equivalentes em u .

Então, sendo:   u = s e n   x

∫ cos ⁡ x s e n 2 x ⏟ u 2 d x

∫ cos ⁡ x u 2 d x

Só que ainda temos o cos ⁡ x e o d x , pra modificar. Então vamos fazer a derivada do u .

u = s e n   x

d u d x = cos ⁡ x

Pra deixar o d x sozinho, jogamos ele pro lado direito e trazemos o cos ⁡ x para o lado esquerdo:

d u cos ⁡ x = d x

Agora podemos substituir o d x na nossa integral:

∫ cos ⁡ x s e n 2 x ⏟ u 2 d x ⏟ d u cos ⁡ x

Então nossa integral fica assim, ó:

∫ cos ⁡ x u 2 .   d u cos  ⁡ ( x )

Cortando o cos ⁡ x , teremos

∫ 1 u 2 d u

Agora estamos quase lá. Mas antes vamos subir essa potência de u . E para fazer isso, vamos jogar ela pra cima com o expoente negativo:

∫ u - 2 d u

Já está bem melhor de resolver essa integral aí, né. Então partiu integrar!

Vamos usar a nossa regra do expoente para integral:

∫ x n d x = x n + 1 n + 1 + C

∫ u - 2 d u = u - 2 + 1 - 2 + 1 + C

u - 1 - 1 + C

“Re-substituindo” o valor de x, vamos ter o seguinte

u - 1 - 1 + C = sen - 1 ⁡ x - 1 + C

Como o sen ⁡ x está elevado ao um expoente negativo, vamos colocar ele na parte de baixo, pra ficar com expoente positivo e subimos o sinal de menos do denominador:

- 1 s e n   x + C

Aqui tem um detalhe importante. 1 sen ⁡ x é uma relação trigonométrica conhecida, a cossecante! Vamos escrever dessa maneira, então:

- 1 s e n   x + C = - c o s s e c   x + C

E é isso. Matamos essa!

Resposta

- c o s s e c   x + C