Cálculo Exemplos

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

Etapa 1

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

$\int_{0}^{\frac{π}{4}} \frac{1 + \cos (2 x)}{2} d x$

Etapa 2

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

$\frac{1}{2} \int_{0}^{\frac{π}{4}} 1 + \cos (2 x) d x$

Etapa 3

Divida a integral única em várias integrais.

$\frac{1}{2} (\int_{0}^{\frac{π}{4}} d x + \int_{0}^{\frac{π}{4}} \cos (2 x) d x)$

Etapa 4

Aplique a regra da constante.

$\frac{1}{2} (x]_{0}^{\frac{π}{4}} + \int_{0}^{\frac{π}{4}} \cos (2 x) d x)$

Etapa 5

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

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Etapa 5.1

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

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Etapa 5.1.1

Diferencie $2 x$ .

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

Etapa 5.1.2

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

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

Etapa 5.1.3

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

$2 \cdot 1$

Etapa 5.1.4

Multiplique $2$ por $1$ .

$2$

Etapa 5.2

Substitua o limite inferior por $x$ em $u = 2 x$ .

$u_{lower} = 2 \cdot 0$

Etapa 5.3

Multiplique $2$ por $0$ .

$u_{lower} = 0$

Etapa 5.4

Substitua o limite superior por $x$ em $u = 2 x$ .

$u_{upper} = 2 \frac{π}{4}$

Etapa 5.5

Cancele o fator comum de $2$ .

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Etapa 5.5.1

Fatore $2$ de $4$ .

$u_{upper} = 2 \frac{π}{2 (2)}$

Etapa 5.5.2

Cancele o fator comum.

$u_{upper} = 2 \frac{π}{2 \cdot 2}$

Etapa 5.5.3

Reescreva a expressão.

$u_{upper} = \frac{π}{2}$

Etapa 5.6

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

$u_{lower} = 0$

$u_{upper} = \frac{π}{2}$

Etapa 5.7

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

$\frac{1}{2} (x]_{0}^{\frac{π}{4}} + \int_{0}^{\frac{π}{2}} \cos (u) \frac{1}{2} d u)$

Etapa 6

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

$\frac{1}{2} (x]_{0}^{\frac{π}{4}} + \int_{0}^{\frac{π}{2}} \frac{\cos (u)}{2} d u)$

Etapa 7

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

$\frac{1}{2} (x]_{0}^{\frac{π}{4}} + \frac{1}{2} \int_{0}^{\frac{π}{2}} \cos (u) d u)$

Etapa 8

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

$\frac{1}{2} (x]_{0}^{\frac{π}{4}} + \frac{1}{2} \sin (u)]_{0}^{\frac{π}{2}})$

Etapa 9

Substitua e simplifique.

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Etapa 9.1

Avalie $x$ em $\frac{π}{4}$ e em $0$ .

$\frac{1}{2} ((\frac{π}{4}) + 0 + \frac{1}{2} \sin (u)]_{0}^{\frac{π}{2}})$

Etapa 9.2

Avalie $\sin (u)$ em $\frac{π}{2}$ e em $0$ .

$\frac{1}{2} ((\frac{π}{4}) + 0 + \frac{1}{2} ((\sin (\frac{π}{2})) - \sin (0)))$

Etapa 9.3

Some $\frac{π}{4}$ e $0$ .

$\frac{1}{2} (\frac{π}{4} + \frac{1}{2} (\sin (\frac{π}{2}) - \sin (0)))$

Etapa 10

Simplifique.

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Etapa 10.1

O valor exato de $\sin (\frac{π}{2})$ é $1$ .

$\frac{1}{2} (\frac{π}{4} + \frac{1}{2} (1 - \sin (0)))$

Etapa 10.2

O valor exato de $\sin (0)$ é $0$ .

$\frac{1}{2} (\frac{π}{4} + \frac{1}{2} (1 - 0))$

Etapa 10.3

Multiplique $- 1$ por $0$ .

$\frac{1}{2} (\frac{π}{4} + \frac{1}{2} (1 + 0))$

Etapa 10.4

Some $1$ e $0$ .

$\frac{1}{2} (\frac{π}{4} + \frac{1}{2} \cdot 1)$

Etapa 10.5

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

$\frac{1}{2} (\frac{π}{4} + \frac{1}{2})$

Etapa 11

Simplifique.

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Etapa 11.1

Aplique a propriedade distributiva.

$\frac{1}{2} \cdot \frac{π}{4} + \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2}$

Etapa 11.2

Multiplique $\frac{1}{2} \cdot \frac{π}{4}$ .

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Etapa 11.2.1

Multiplique $\frac{1}{2}$ por $\frac{π}{4}$ .

$\frac{π}{2 \cdot 4} + \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2}$

Etapa 11.2.2

Multiplique $2$ por $4$ .

$\frac{π}{8} + \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2}$

Etapa 11.3

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

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Etapa 11.3.1

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

$\frac{π}{8} + \frac{1}{2 \cdot 2}$

Etapa 11.3.2

Multiplique $2$ por $2$ .

$\frac{π}{8} + \frac{1}{4}$

Etapa 12

O resultado pode ser mostrado de várias formas.

Forma exata:

$\frac{π}{8} + \frac{1}{4}$

Forma decimal:

$0.64269908 \dots$