Cálculo Exemplos

$\int_{0}^{\frac{π}{4}} 4 \sec^{4} (θ) \tan^{4} (θ) d θ$

Etapa 1

Como $4$ é constante com relação a $θ$ , mova $4$ para fora da integral.

$4 \int_{0}^{\frac{π}{4}} \sec^{4} (θ) \tan^{4} (θ) d θ$

Etapa 2

Simplifique a expressão.

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Etapa 2.1

Reescreva $4$ como $2$ mais $2$

$4 \int_{0}^{\frac{π}{4}} {\sec (θ)}^{2 + 2} \tan^{4} (θ) d θ$

Etapa 2.2

Reescreva ${\sec (θ)}^{2 + 2}$ como $\sec^{2} (θ) \sec^{2} (θ)$ .

$4 \int_{0}^{\frac{π}{4}} \sec^{2} (θ) \sec^{2} (θ) \tan^{4} (θ) d θ$

Etapa 3

Usando a fórmula de Pitágoras, reescreva $\sec^{2} (θ)$ como $1 + \tan^{2} (θ)$ .

$4 \int_{0}^{\frac{π}{4}} (1 + \tan^{2} (θ)) \sec^{2} (θ) \tan^{4} (θ) d θ$

Etapa 4

Deixe $u = \tan (θ)$ . Depois, $d u = \sec^{2} (θ) d θ$ , então, $\frac{1}{\sec^{2} (θ)} d u = d θ$ . Reescreva usando $u$ e $d$ $u$ .

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Etapa 4.1

Deixe $u = \tan (θ)$ . Encontre $\frac{d u}{d θ}$ .

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Etapa 4.1.1

Diferencie $\tan (θ)$ .

$\frac{d}{d θ} [\tan (θ)]$

Etapa 4.1.2

A derivada de $\tan (θ)$ em relação a $θ$ é $\sec^{2} (θ)$ .

$\sec^{2} (θ)$

Etapa 4.2

Substitua o limite inferior por $θ$ em $u = \tan (θ)$ .

$u_{lower} = \tan (0)$

Etapa 4.3

O valor exato de $\tan (0)$ é $0$ .

$u_{lower} = 0$

Etapa 4.4

Substitua o limite superior por $θ$ em $u = \tan (θ)$ .

$u_{upper} = \tan (\frac{π}{4})$

Etapa 4.5

O valor exato de $\tan (\frac{π}{4})$ é $1$ .

$u_{upper} = 1$

Etapa 4.6

Os valores encontrados para $u_{lower}$ e $u_{upper}$ serão usados para avaliar a integral definida.

$u_{lower} = 0$

$u_{upper} = 1$

Etapa 4.7

Reescreva o problema usando $u$ , $d u$ e os novos limites de integração.

$4 \int_{0}^{1} (1 + u^{2}) u^{4} d u$

Etapa 5

Multiplique $(1 + u^{2}) u^{4}$ .

$4 \int_{0}^{1} 1 u^{4} + u^{2} u^{4} d u$

Etapa 6

Simplifique.

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Etapa 6.1

Multiplique $u^{4}$ por $1$ .

$4 \int_{0}^{1} u^{4} + u^{2} u^{4} d u$

Etapa 6.2

Multiplique $u^{2}$ por $u^{4}$ somando os expoentes.

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Etapa 6.2.1

Use a regra da multiplicação de potências $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ para combinar expoentes.

$4 \int_{0}^{1} u^{4} + u^{2 + 4} d u$

Etapa 6.2.2

Some $2$ e $4$ .

$4 \int_{0}^{1} u^{4} + u^{6} d u$

Etapa 7

Divida a integral única em várias integrais.

$4 (\int_{0}^{1} u^{4} d u + \int_{0}^{1} u^{6} d u)$

Etapa 8

De acordo com a regra da multiplicação de potências, a integral de $u^{4}$ com relação a $u$ é $\frac{1}{5} u^{5}$ .

$4 (\frac{1}{5} u^{5}]_{0}^{1} + \int_{0}^{1} u^{6} d u)$

Etapa 9

Combine $\frac{1}{5}$ e $u^{5}$ .

$4 (\frac{u^{5}}{5}]_{0}^{1} + \int_{0}^{1} u^{6} d u)$

Etapa 10

De acordo com a regra da multiplicação de potências, a integral de $u^{6}$ com relação a $u$ é $\frac{1}{7} u^{7}$ .

$4 (\frac{u^{5}}{5}]_{0}^{1} + \frac{1}{7} u^{7}]_{0}^{1})$

Etapa 11

Simplifique.

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Etapa 11.1

Combine $\frac{u^{5}}{5}]_{0}^{1}$ e $\frac{1}{7} u^{7}]_{0}^{1}$ .

$4 (\frac{u^{5}}{5} + \frac{1}{7} u^{7}]_{0}^{1})$

Etapa 11.2

Combine $\frac{1}{7}$ e $u^{7}$ .

$4 (\frac{u^{5}}{5} + \frac{u^{7}}{7}]_{0}^{1})$

Etapa 12

Substitua e simplifique.

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Etapa 12.1

Avalie $\frac{u^{5}}{5} + \frac{u^{7}}{7}$ em $1$ e em $0$ .

$4 ((\frac{1^{5}}{5} + \frac{1^{7}}{7}) - (\frac{0^{5}}{5} + \frac{0^{7}}{7}))$

Etapa 12.2

Simplifique.

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Etapa 12.2.1

Um elevado a qualquer potência é um.

$4 (\frac{1}{5} + \frac{1^{7}}{7} - (\frac{0^{5}}{5} + \frac{0^{7}}{7}))$

Etapa 12.2.2

Um elevado a qualquer potência é um.

$4 (\frac{1}{5} + \frac{1}{7} - (\frac{0^{5}}{5} + \frac{0^{7}}{7}))$

Etapa 12.2.3

Para escrever $\frac{1}{5}$ como fração com um denominador comum, multiplique por $\frac{7}{7}$ .

$4 (\frac{1}{5} \cdot \frac{7}{7} + \frac{1}{7} - (\frac{0^{5}}{5} + \frac{0^{7}}{7}))$

Etapa 12.2.4

Para escrever $\frac{1}{7}$ como fração com um denominador comum, multiplique por $\frac{5}{5}$ .

$4 (\frac{1}{5} \cdot \frac{7}{7} + \frac{1}{7} \cdot \frac{5}{5} - (\frac{0^{5}}{5} + \frac{0^{7}}{7}))$

Etapa 12.2.5

Escreva cada expressão com um denominador comum de $35$ , multiplicando cada um por um fator apropriado de $1$ .

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Etapa 12.2.5.1

Multiplique $\frac{1}{5}$ por $\frac{7}{7}$ .

$4 (\frac{7}{5 \cdot 7} + \frac{1}{7} \cdot \frac{5}{5} - (\frac{0^{5}}{5} + \frac{0^{7}}{7}))$

Etapa 12.2.5.2

Multiplique $5$ por $7$ .

$4 (\frac{7}{35} + \frac{1}{7} \cdot \frac{5}{5} - (\frac{0^{5}}{5} + \frac{0^{7}}{7}))$

Etapa 12.2.5.3

Multiplique $\frac{1}{7}$ por $\frac{5}{5}$ .

$4 (\frac{7}{35} + \frac{5}{7 \cdot 5} - (\frac{0^{5}}{5} + \frac{0^{7}}{7}))$

Etapa 12.2.5.4

Multiplique $7$ por $5$ .

$4 (\frac{7}{35} + \frac{5}{35} - (\frac{0^{5}}{5} + \frac{0^{7}}{7}))$

Etapa 12.2.6

Combine os numeradores em relação ao denominador comum.

$4 (\frac{7 + 5}{35} - (\frac{0^{5}}{5} + \frac{0^{7}}{7}))$

Etapa 12.2.7

Some $7$ e $5$ .

$4 (\frac{12}{35} - (\frac{0^{5}}{5} + \frac{0^{7}}{7}))$

Etapa 12.2.8

Elevar $0$ a qualquer potência positiva produz $0$ .

$4 (\frac{12}{35} - (\frac{0}{5} + \frac{0^{7}}{7}))$

Etapa 12.2.9

Cancele o fator comum de $0$ e $5$ .

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Etapa 12.2.9.1

Fatore $5$ de $0$ .

$4 (\frac{12}{35} - (\frac{5 (0)}{5} + \frac{0^{7}}{7}))$

Etapa 12.2.9.2

Cancele os fatores comuns.

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Etapa 12.2.9.2.1

Fatore $5$ de $5$ .

$4 (\frac{12}{35} - (\frac{5 \cdot 0}{5 \cdot 1} + \frac{0^{7}}{7}))$

Etapa 12.2.9.2.2

Cancele o fator comum.

$4 (\frac{12}{35} - (\frac{5 \cdot 0}{5 \cdot 1} + \frac{0^{7}}{7}))$

Etapa 12.2.9.2.3

Reescreva a expressão.

$4 (\frac{12}{35} - (\frac{0}{1} + \frac{0^{7}}{7}))$

Etapa 12.2.9.2.4

Divida $0$ por $1$ .

$4 (\frac{12}{35} - (0 + \frac{0^{7}}{7}))$

Etapa 12.2.10

Elevar $0$ a qualquer potência positiva produz $0$ .

$4 (\frac{12}{35} - (0 + \frac{0}{7}))$

Etapa 12.2.11

Cancele o fator comum de $0$ e $7$ .

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Etapa 12.2.11.1

Fatore $7$ de $0$ .

$4 (\frac{12}{35} - (0 + \frac{7 (0)}{7}))$

Etapa 12.2.11.2

Cancele os fatores comuns.

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Etapa 12.2.11.2.1

Fatore $7$ de $7$ .

$4 (\frac{12}{35} - (0 + \frac{7 \cdot 0}{7 \cdot 1}))$

Etapa 12.2.11.2.2

Cancele o fator comum.

$4 (\frac{12}{35} - (0 + \frac{7 \cdot 0}{7 \cdot 1}))$

Etapa 12.2.11.2.3

Reescreva a expressão.

$4 (\frac{12}{35} - (0 + \frac{0}{1}))$

Etapa 12.2.11.2.4

Divida $0$ por $1$ .

$4 (\frac{12}{35} - (0 + 0))$

Etapa 12.2.12

Some $0$ e $0$ .

$4 (\frac{12}{35} - 0)$

Etapa 12.2.13

Multiplique $- 1$ por $0$ .

$4 (\frac{12}{35} + 0)$

Etapa 12.2.14

Some $\frac{12}{35}$ e $0$ .

$4 (\frac{12}{35})$

Etapa 12.2.15

Combine $4$ e $\frac{12}{35}$ .

$\frac{4 \cdot 12}{35}$

Etapa 12.2.16

Multiplique $4$ por $12$ .

$\frac{48}{35}$

Etapa 13

O resultado pode ser mostrado de várias formas.

Forma exata:

$\frac{48}{35}$

Forma decimal:

$1.37142857 \dots$

Forma de número misto:

$1 \frac{13}{35}$