Cálculo Exemplos

$\frac{x^{2}}{\sqrt{1 - x^{2}}}$

Etapa 1

Escreva $\frac{x^{2}}{\sqrt{1 - x^{2}}}$ como uma função.

$f (x) = \frac{x^{2}}{\sqrt{1 - x^{2}}}$

Etapa 2

É possível determinar a função $F (x)$ encontrando a integral indefinida da derivada $f (x)$ .

$F (x) = \int f (x) d x$

Etapa 3

Estabeleça a integral para resolver.

$F (x) = \int \frac{x^{2}}{\sqrt{1 - x^{2}}} d x$

Etapa 4

Deixe $x = \sin (t)$ , em que $- \frac{π}{2} \leq t \leq \frac{π}{2}$ . Depois, $d x = \cos (t) d t$ . Como $- \frac{π}{2} \leq t \leq \frac{π}{2}$ , $\cos (t)$ é positivo.

$\int \frac{\sin^{2} (t)}{\sqrt{1 - \sin^{2} (t)}} \cos (t) d t$

Etapa 5

Simplifique os termos.

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Etapa 5.1

Simplifique $\sqrt{1 - \sin^{2} (t)}$ .

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Etapa 5.1.1

Aplique a identidade trigonométrica fundamental.

$\int \frac{\sin^{2} (t)}{\sqrt{\cos^{2} (t)}} \cos (t) d t$

Etapa 5.1.2

Elimine os termos abaixo do radical, presumindo que sejam números reais positivos.

$\int \frac{\sin^{2} (t)}{\cos (t)} \cos (t) d t$

Etapa 5.2

Cancele o fator comum de $\cos (t)$ .

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Etapa 5.2.1

Cancele o fator comum.

$\int \frac{\sin^{2} (t)}{\cos (t)} \cos (t) d t$

Etapa 5.2.2

Reescreva a expressão.

$\int \sin^{2} (t) d t$

Etapa 6

Use a fórmula do arco metade para reescrever $\sin^{2} (t)$ como $\frac{1 - \cos (2 t)}{2}$ .

$\int \frac{1 - \cos (2 t)}{2} d t$

Etapa 7

Como $\frac{1}{2}$ é constante com relação a $t$ , mova $\frac{1}{2}$ para fora da integral.

$\frac{1}{2} \int 1 - \cos (2 t) d t$

Etapa 8

Divida a integral única em várias integrais.

$\frac{1}{2} (\int d t + \int - \cos (2 t) d t)$

Etapa 9

Aplique a regra da constante.

$\frac{1}{2} (t + C + \int - \cos (2 t) d t)$

Etapa 10

Como $- 1$ é constante com relação a $t$ , mova $- 1$ para fora da integral.

$\frac{1}{2} (t + C - \int \cos (2 t) d t)$

Etapa 11

Deixe $u = 2 t$ . Depois, $d u = 2 d t$ , então, $\frac{1}{2} d u = d t$ . Reescreva usando $u$ e $d$ $u$ .

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Etapa 11.1

Deixe $u = 2 t$ . Encontre $\frac{d u}{d t}$ .

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Etapa 11.1.1

Diferencie $2 t$ .

$\frac{d}{d t} [2 t]$

Etapa 11.1.2

Como $2$ é constante em relação a $t$ , a derivada de $2 t$ em relação a $t$ é $2 \frac{d}{d t} [t]$ .

$2 \frac{d}{d t} [t]$

Etapa 11.1.3

Diferencie usando a regra da multiplicação de potências, que determina que $\frac{d}{d t} [t^{n}]$ é $n t^{n - 1}$ , em que $n = 1$ .

$2 \cdot 1$

Etapa 11.1.4

Multiplique $2$ por $1$ .

$2$

Etapa 11.2

Reescreva o problema usando $u$ e $d u$ .

$\frac{1}{2} (t + C - \int \cos (u) \frac{1}{2} d u)$

Etapa 12

Combine $\cos (u)$ e $\frac{1}{2}$ .

$\frac{1}{2} (t + C - \int \frac{\cos (u)}{2} d u)$

Etapa 13

Como $\frac{1}{2}$ é constante com relação a $u$ , mova $\frac{1}{2}$ para fora da integral.

$\frac{1}{2} (t + C - (\frac{1}{2} \int \cos (u) d u))$

Etapa 14

A integral de $\cos (u)$ com relação a $u$ é $\sin (u)$ .

$\frac{1}{2} (t + C - \frac{1}{2} (\sin (u) + C))$

Etapa 15

Simplifique.

$\frac{1}{2} (t - \frac{1}{2} \sin (u)) + C$

Etapa 16

Substitua novamente para cada variável de substituição de integração.

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Etapa 16.1

Substitua todas as ocorrências de $t$ por $\arcsin (x)$ .

$\frac{1}{2} (\arcsin (x) - \frac{1}{2} \sin (u)) + C$

Etapa 16.2

Substitua todas as ocorrências de $u$ por $2 t$ .

$\frac{1}{2} (\arcsin (x) - \frac{1}{2} \sin (2 t)) + C$

Etapa 16.3

Substitua todas as ocorrências de $t$ por $\arcsin (x)$ .

$\frac{1}{2} (\arcsin (x) - \frac{1}{2} \sin (2 \arcsin (x))) + C$

Etapa 17

Simplifique.

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Etapa 17.1

Combine $\sin (2 \arcsin (x))$ e $\frac{1}{2}$ .

$\frac{1}{2} (\arcsin (x) - \frac{\sin (2 \arcsin (x))}{2}) + C$

Etapa 17.2

Aplique a propriedade distributiva.

$\frac{1}{2} \arcsin (x) + \frac{1}{2} (- \frac{\sin (2 \arcsin (x))}{2}) + C$

Etapa 17.3

Combine $\frac{1}{2}$ e $\arcsin (x)$ .

$\frac{\arcsin (x)}{2} + \frac{1}{2} (- \frac{\sin (2 \arcsin (x))}{2}) + C$

Etapa 17.4

Multiplique $\frac{1}{2} (- \frac{\sin (2 \arcsin (x))}{2})$ .

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Etapa 17.4.1

Multiplique $\frac{1}{2}$ por $\frac{\sin (2 \arcsin (x))}{2}$ .

$\frac{\arcsin (x)}{2} - \frac{\sin (2 \arcsin (x))}{2 \cdot 2} + C$

Etapa 17.4.2

Multiplique $2$ por $2$ .

$\frac{\arcsin (x)}{2} - \frac{\sin (2 \arcsin (x))}{4} + C$

Etapa 18

Reordene os termos.

$\frac{1}{2} \arcsin (x) - \frac{1}{4} \sin (2 \arcsin (x)) + C$

Etapa 19

A resposta é a primitiva da função $f (x) = \frac{x^{2}}{\sqrt{1 - x^{2}}}$ .

$F (x) =$ $\frac{1}{2} \arcsin (x) - \frac{1}{4} \sin (2 \arcsin (x)) + C$