Cálculo Exemplos

$\int \sqrt{1 - 4 x^{2}} d x$

Etapa 1

Deixe $x = \frac{1}{2} \sin (t)$ , em que $- \frac{π}{2} \leq t \leq \frac{π}{2}$ . Depois, $d x = \frac{\cos (t)}{2} d t$ . Como $- \frac{π}{2} \leq t \leq \frac{π}{2}$ , $\frac{\cos (t)}{2}$ é positivo.

$\int \sqrt{1 - 4 {(\frac{1}{2} \sin (t))}^{2}} \frac{\cos (t)}{2} d t$

Etapa 2

Simplifique os termos.

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Etapa 2.1

Simplifique $\sqrt{1 - 4 {(\frac{1}{2} \sin (t))}^{2}}$ .

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Etapa 2.1.1

Simplifique cada termo.

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Etapa 2.1.1.1

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

$\int \sqrt{1 - 4 {(\frac{\sin (t)}{2})}^{2}} \frac{\cos (t)}{2} d t$

Etapa 2.1.1.2

Aplique a regra do produto a $\frac{\sin (t)}{2}$ .

$\int \sqrt{1 - 4 \frac{\sin^{2} (t)}{2^{2}}} \frac{\cos (t)}{2} d t$

Etapa 2.1.1.3

Eleve $2$ à potência de $2$ .

$\int \sqrt{1 - 4 \frac{\sin^{2} (t)}{4}} \frac{\cos (t)}{2} d t$

Etapa 2.1.1.4

Cancele o fator comum de $4$ .

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Etapa 2.1.1.4.1

Fatore $4$ de $- 4$ .

$\int \sqrt{1 + 4 (- 1) \frac{\sin^{2} (t)}{4}} \frac{\cos (t)}{2} d t$

Etapa 2.1.1.4.2

Cancele o fator comum.

$\int \sqrt{1 + 4 \cdot - 1 \frac{\sin^{2} (t)}{4}} \frac{\cos (t)}{2} d t$

Etapa 2.1.1.4.3

Reescreva a expressão.

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

Etapa 2.1.1.5

Reescreva $- 1 \sin^{2} (t)$ como $- \sin^{2} (t)$ .

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

Etapa 2.1.2

Aplique a identidade trigonométrica fundamental.

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

Etapa 2.1.3

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

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

Etapa 2.2

Simplifique.

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Etapa 2.2.1

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

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

Etapa 2.2.2

Eleve $\cos (t)$ à potência de $1$ .

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

Etapa 2.2.3

Eleve $\cos (t)$ à potência de $1$ .

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

Etapa 2.2.4

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

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

Etapa 2.2.5

Some $1$ e $1$ .

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

Etapa 3

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

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

Etapa 4

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

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

Etapa 5

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

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

Etapa 6

Simplifique.

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Etapa 6.1

Multiplique $\frac{1}{2}$ por $\frac{1}{2}$ .

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

Etapa 6.2

Multiplique $2$ por $2$ .

$\frac{1}{4} \int 1 + \cos (2 t) d t$

Etapa 7

Divida a integral única em várias integrais.

$\frac{1}{4} (\int d t + \int \cos (2 t) d t)$

Etapa 8

Aplique a regra da constante.

$\frac{1}{4} (t + C + \int \cos (2 t) d t)$

Etapa 9

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 9.1

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

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Etapa 9.1.1

Diferencie $2 t$ .

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

Etapa 9.1.2

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 9.1.3

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 9.1.4

Multiplique $2$ por $1$ .

$2$

Etapa 9.2

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

$\frac{1}{4} (t + C + \int \cos (u) \frac{1}{2} d u)$

Etapa 10

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

$\frac{1}{4} (t + C + \int \frac{\cos (u)}{2} d u)$

Etapa 11

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

$\frac{1}{4} (t + C + \frac{1}{2} \int \cos (u) d u)$

Etapa 12

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

$\frac{1}{4} (t + C + \frac{1}{2} (\sin (u) + C))$

Etapa 13

Simplifique.

$\frac{1}{4} (t + \frac{1}{2} \sin (u)) + C$

Etapa 14

Substitua novamente para cada variável de substituição de integração.

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Etapa 14.1

Substitua todas as ocorrências de $t$ por $\arcsin (2 x)$ .

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

Etapa 14.2

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

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

Etapa 14.3

Substitua todas as ocorrências de $t$ por $\arcsin (2 x)$ .

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

Etapa 15

Simplifique.

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Etapa 15.1

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

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

Etapa 15.2

Aplique a propriedade distributiva.

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

Etapa 15.3

Combine $\frac{1}{4}$ e $\arcsin (2 x)$ .

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

Etapa 15.4

Multiplique $\frac{1}{4} \cdot \frac{\sin (2 \arcsin (2 x))}{2}$ .

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Etapa 15.4.1

Multiplique $\frac{1}{4}$ por $\frac{\sin (2 \arcsin (2 x))}{2}$ .

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

Etapa 15.4.2

Multiplique $4$ por $2$ .

$\frac{\arcsin (2 x)}{4} + \frac{\sin (2 \arcsin (2 x))}{8} + C$

Etapa 16

Reordene os termos.

$\frac{1}{4} \arcsin (2 x) + \frac{1}{8} \sin (2 \arcsin (2 x)) + C$