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Integral Indefinida Até agora, tratamos do “problema das tangentes”. Dada uma curva, achar o coeficiente angular de sua tangente ou, de modo equivalente, dada uma função, achar sua derivada. Newton e Leibniz descobriram que muitos problemas de geometria e física dependem de “derivação para trás” ou “antiderivação”. Este é, às vezes, chamado problema inverso das tangentes: dada a derivada de uma função, achar a própria função. De agora em diante trabalharemos com as mesmas regras de derivação. No entanto, aqui essas regras são usadas no sentido contrário e levam em particular á “Integração” de polinômios. Se y = F(x) é uma função cuja derivada é conhecida, por exemplo: x dx xdF 2)( = Podemos descobrir qual a função F(x)? F(x) = x2 Podemos acrescentar um termo constante que não muda a derivada. x2 +1; x2 - 3 ; x2 + 5pi .... e mais geralmente, x2 + C onde C é uma constante qualquer. Proposição: Se F(x) e G(x) são duas funções tendo a mesma derivada f(x) num certo intervalo, então G(x) difere de F(x) por uma constante, isto é, existe uma constante C com a propriedade de que: G(x) = F(x) + C para todo x no intervalo. Ex.: F(x) = 1/3 x3 + 3 G(x) = 1/3 x3 + 3 Para ver por que essa afirmação é verdadeira, notemos que a derivada da diferença G(x) – F(x) é igual a zero no intervalo considerado. 0)()()()( =−=− xfxf dx xdF dx xdG Segue-se que essa diferença deve ter um valor constante C, e assim: G(x) – F(x) = C ou G(x) = F(x) + C Que é o que queríamos estabelecer: Esse princípio permite-nos concluir que toda solução da equação x dx xdF 2)( = deve ter a forma x2 + C para alguma constante c. O problema que acabamos de discutir envolveu a descoberta de uma função desconhecida cuja derivada é conhecida. Se f(x) é dada, então a função F(x) tal que )()( xf dx xdF = chama-se uma antiderivada (ou primitiva) de f(x), e o processo de achar F(x) a partir de f(x) é a antiderivação (ou primitiva). Vimos que f(x) não precisa ter uma antiderivada única, mas se pudermos achar uma antiderivada F(x), então todas as outras terão a forma F(x) + c para vários valores da constante c. Por exemplo, 1/3x3 é uma antiderivada de x2 e a fórmula 1/3 x3 + c inclui todas as possíveis antiderivadas de x2. Definição: Se F(x) é uma primitiva de f(x), a expressão F(x) + c é chamada integral indefinida da função f(x) e é denotada por: cxFdxxf +=∫ )()( O símbolo ∫ é chamado sinal de integração, f(x) função integrando e f(x)dx integrando. O processo que permite achar a integral indefinida de uma função é chamado integração. O símbolo dx que aparece no integrando serve para identificar a variável de integração. Da definição da integral indefinida, decorre que: (i) )()(')()( xfxFcxFdxxf =⇔+=∫ (ii) ∫ ,)( dxxf representa uma família de funções (a família de todas as primitivas da função integrando.) Exemplo: 32 3 1xdxx∫ = cxdxx +=∫ 32 31 Estão ambas corretas, mas a primeira dá uma integral enquanto a segunda dá todas as possíveis integrais. A constante c na segunda fórmula chama-se constante de integração e é frequentemente referida como uma constante arbitrária. Propriedades da Integral Indefinida Proposição Sejam f, g: I R e K uma constante. Então: (i) ∫ ∫= .)()( dxxfKdxxKf (ii) ∫ ∫ ∫+=+ .)()())()(( dxxgdxxfdxxgxf A integral da soma é a soma das integrais separadas. Isto se aplica a qualquer número finito de termos. (iii) , 1 1 + = +∫ nxdxx n n n≠ -1 Para integrar uma potência, some ao expoente uma unidade e divida a nova potência pelo novo expoente. Exemplos: 1. Calcular as integrais indefinidas: a) dxx∫ 3 = cxx += + + 4 13 4 1 13 b) dxx∫ = dxx∫ 2/1 = 2 3 2 3 x = cx +2 3 3 2 c) =+∫ dxxx )63( 24 dxxdxx ∫∫ + 24 63 = cxx ++ 35 2 5 3 d) =+∫ dxxectgxx )cos.sec3( 2 ∫ ∫ =+ xdxecxtgxdx 2cossec3 3secx – cotgx +c e) ∫∫∫ +=== cxxdxtgxdxxsenxxdxecxx secsec.cos.cos1cossec 2 As identidades trigonométricas são freqüentemente utilizadas quando calculamos integrais envolvendo funções trigonométricas. As oito identidades a seguir são crucias: )( 1)sec(cos xsen x = )cos( 1)sec( x x = )( 1)(cot xtg xg = )cos( )()( x xsenxtg = )( )cos()(cot xsen xxg = sen2(x) + cos2(x) = 1 tg2(x) + 1 = sec2(x) cotg2(x) + 1 = cosec2(x) f) ∫ ++ dxxgxtg )4)(cot)(( 22 = ∫∫∫∫ ++=+−+− dxdxxecdxxdxxecx 2)(cos)(sec)4)1)((cos)1)((sec 2222 = tg(x) – cotg(x) + 2x + c Exercícios: 1. Calcular as integrais indefinidas: a) ∫ 3xdx b) dttt∫ + 3 2 19 c) dxcbxax )3( 34 ++∫ d) dx xx x∫ + 3 1 e) dxx∫ − 22 )32( f) ∫ xsendx2 g) dx x x∫ +22 1 h) dxxsenx∫ 2cos i) dttte t∫ ++ 1 2 j) ∫ θθθ dtg ..cos k) ∫ − − dx x x )5( 3 1 l) ∫ + dxxx )1(cossec 32 m) dxxecxtg .cos. 22∫