Cálculo Exemplos

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

Etapa 1

Como $2$ é constante com relação a $x$ , mova $2$ para fora da integral.

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

Etapa 2

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

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Etapa 2.1

Deixe $u = \sec (x)$ . Encontre $\frac{d u}{d x}$ .

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Etapa 2.1.1

Diferencie $\sec (x)$ .

$\frac{d}{d x} [\sec (x)]$

Etapa 2.1.2

A derivada de $\sec (x)$ em relação a $x$ é $\sec (x) \tan (x)$ .

$\sec (x) \tan (x)$

Etapa 2.2

Substitua o limite inferior por $x$ em $u = \sec (x)$ .

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

Etapa 2.3

O valor exato de $\sec (0)$ é $1$ .

$u_{lower} = 1$

Etapa 2.4

Substitua o limite superior por $x$ em $u = \sec (x)$ .

$u_{upper} = \sec (\frac{π}{4})$

Etapa 2.5

Simplifique.

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Etapa 2.5.1

O valor exato de $\sec (\frac{π}{4})$ é $\frac{2}{\sqrt{2}}$ .

$u_{upper} = \frac{2}{\sqrt{2}}$

Etapa 2.5.2

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

$u_{upper} = \frac{2}{\sqrt{2}} \cdot \frac{\sqrt{2}}{\sqrt{2}}$

Etapa 2.5.3

Combine e simplifique o denominador.

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Etapa 2.5.3.1

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

$u_{upper} = \frac{2 \sqrt{2}}{\sqrt{2} \sqrt{2}}$

Etapa 2.5.3.2

Eleve $\sqrt{2}$ à potência de $1$ .

$u_{upper} = \frac{2 \sqrt{2}}{{\sqrt{2}}^{1} \sqrt{2}}$

Etapa 2.5.3.3

Eleve $\sqrt{2}$ à potência de $1$ .

$u_{upper} = \frac{2 \sqrt{2}}{{\sqrt{2}}^{1} {\sqrt{2}}^{1}}$

Etapa 2.5.3.4

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

$u_{upper} = \frac{2 \sqrt{2}}{{\sqrt{2}}^{1 + 1}}$

Etapa 2.5.3.5

Some $1$ e $1$ .

$u_{upper} = \frac{2 \sqrt{2}}{{\sqrt{2}}^{2}}$

Etapa 2.5.3.6

Reescreva ${\sqrt{2}}^{2}$ como $2$ .

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Etapa 2.5.3.6.1

Use $\sqrt[n]{a^{x}} = a^{\frac{x}{n}}$ para reescrever $\sqrt{2}$ como $2^{\frac{1}{2}}$ .

$u_{upper} = \frac{2 \sqrt{2}}{{(2^{\frac{1}{2}})}^{2}}$

Etapa 2.5.3.6.2

Aplique a regra da multiplicação de potências e multiplique os expoentes, ${(a^{m})}^{n} = a^{m n}$ .

$u_{upper} = \frac{2 \sqrt{2}}{2^{\frac{1}{2} \cdot 2}}$

Etapa 2.5.3.6.3

Combine $\frac{1}{2}$ e $2$ .

$u_{upper} = \frac{2 \sqrt{2}}{2^{\frac{2}{2}}}$

Etapa 2.5.3.6.4

Cancele o fator comum de $2$ .

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Etapa 2.5.3.6.4.1

Cancele o fator comum.

$u_{upper} = \frac{2 \sqrt{2}}{2^{\frac{2}{2}}}$

Etapa 2.5.3.6.4.2

Reescreva a expressão.

$u_{upper} = \frac{2 \sqrt{2}}{2^{1}}$

Etapa 2.5.3.6.5

Avalie o expoente.

$u_{upper} = \frac{2 \sqrt{2}}{2}$

Etapa 2.5.4

Cancele o fator comum de $2$ .

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Etapa 2.5.4.1

Cancele o fator comum.

$u_{upper} = \frac{2 \sqrt{2}}{2}$

Etapa 2.5.4.2

Divida $\sqrt{2}$ por $1$ .

$u_{upper} = \sqrt{2}$

Etapa 2.6

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

$u_{lower} = 1$

$u_{upper} = \sqrt{2}$

Etapa 2.7

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

$2 \int_{1}^{\sqrt{2}} u d u$

Etapa 3

De acordo com a regra da multiplicação de potências, a integral de $u$ com relação a $u$ é $\frac{1}{2} u^{2}$ .

$2 (\frac{1}{2} u^{2}]_{1}^{\sqrt{2}})$

Etapa 4

Combine $\frac{1}{2}$ e $u^{2}$ .

$2 (\frac{u^{2}}{2}]_{1}^{\sqrt{2}})$

Etapa 5

Substitua e simplifique.

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Etapa 5.1

Avalie $\frac{u^{2}}{2}$ em $\sqrt{2}$ e em $1$ .

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

Etapa 5.2

Simplifique.

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Etapa 5.2.1

Reescreva ${\sqrt{2}}^{2}$ como $2$ .

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Etapa 5.2.1.1

Use $\sqrt[n]{a^{x}} = a^{\frac{x}{n}}$ para reescrever $\sqrt{2}$ como $2^{\frac{1}{2}}$ .

$2 (\frac{{(2^{\frac{1}{2}})}^{2}}{2} - \frac{1^{2}}{2})$

Etapa 5.2.1.2

Aplique a regra da multiplicação de potências e multiplique os expoentes, ${(a^{m})}^{n} = a^{m n}$ .

$2 (\frac{2^{\frac{1}{2} \cdot 2}}{2} - \frac{1^{2}}{2})$

Etapa 5.2.1.3

Combine $\frac{1}{2}$ e $2$ .

$2 (\frac{2^{\frac{2}{2}}}{2} - \frac{1^{2}}{2})$

Etapa 5.2.1.4

Cancele o fator comum de $2$ .

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Etapa 5.2.1.4.1

Cancele o fator comum.

$2 (\frac{2^{\frac{2}{2}}}{2} - \frac{1^{2}}{2})$

Etapa 5.2.1.4.2

Reescreva a expressão.

$2 (\frac{2^{1}}{2} - \frac{1^{2}}{2})$

Etapa 5.2.1.5

Avalie o expoente.

$2 (\frac{2}{2} - \frac{1^{2}}{2})$

Etapa 5.2.2

Cancele o fator comum de $2$ .

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Etapa 5.2.2.1

Cancele o fator comum.

$2 (\frac{2}{2} - \frac{1^{2}}{2})$

Etapa 5.2.2.2

Reescreva a expressão.

$2 (1 - \frac{1^{2}}{2})$

Etapa 5.2.3

Um elevado a qualquer potência é um.

$2 (1 - \frac{1}{2})$

Etapa 5.2.4

Escreva $1$ como uma fração com um denominador comum.

$2 (\frac{2}{2} - \frac{1}{2})$

Etapa 5.2.5

Combine os numeradores em relação ao denominador comum.

$2 \frac{2 - 1}{2}$

Etapa 5.2.6

Subtraia $1$ de $2$ .

$2 (\frac{1}{2})$

Etapa 5.2.7

Combine $2$ e $\frac{1}{2}$ .

$\frac{2}{2}$

Etapa 5.2.8

Cancele o fator comum de $2$ .

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Etapa 5.2.8.1

Cancele o fator comum.

$\frac{2}{2}$

Etapa 5.2.8.2

Reescreva a expressão.

$1$