Universidade Federal da Bahia Instituto de Matemática - Departamento de Matemática Cálculo II-A (MAT 042) – 1a Lista de Exercícios Última atualização: 26/05/04 I) Resolva as integrais usando substituição de variável: 1) ∫ sen(2 x )dx 2) ∫ sen (3x − 1) cos(2 x ) +C 2 cot g (3x − 1) Re sp. : − +C 3 3) ∫ dx 3x − 7 1 Re sp. : ln 3x − 7 + C 3 dx 2 Re sp. : − 4) ∫ tg (2x )dx 1 Re sp. : − ln cos 2 x + C 2 5) ∫ (cot g (e x )e x dx Re sp. : ln sen(e x ) + C 6) ∫ x 2 + 1.xdx Re sp. : 7) dx ∫ cos2 (x) 8) ∫ 9) ∫ 10) ∫ 11) ∫ 1 ( x 2 + 1) 3 + C 3 tg ( x ) −1 Re sp. : 2 tg ( x ) − 1 + C cos( x )dx 2 sen( x ) + 1 Re sp. : 2 sen( x ) + 1 + C sen(2 x )dx 1 + sen 2 ( x ) arcsen(x )dx 1 − x2 arctg 2 ( x )dx 1 + x2 Re sp. : 2 1 + sen 2 ( x ) + C Re sp. : arcsen 2 ( x ) +C 2 Re sp. : arctg3 ( x ) +C 3 1/13 12) ∫ dx x ln x 13) ∫ 3x 14) ∫ 15) ∫ 16) ∫ 2 Re sp. : ln ln x + C + 4 x +3 ( x + 2)dx dx 16 − 9 x 2 dx 4 − 9x Re sp. 2 arccos(x ) − x 1 − x2 2 3x + 4 x +3 Re sp. +C 2. ln(3) 1 3x Re sp. arcsen + C 3 4 dx 1 2 + 3x ln +C 12 2 − 3x 1 Re sp. : − arccos2 ( x ) + 1 − x 2 + C 2 II) Use integração por partes para resolver as integrais: 1) ∫ ( x 2 + 2 x )e x dx Resp.: x2 ex + C 2) ∫ (16x 3 + 4 x + 1) ln(x )dx Resp.: ln(x).(4x4+2x2+x) - (x4+x2 + x) + C 3) ∫ ( x 2 + 1) sen( x )dx Resp.: - (x2 –1) cos(x) +2xsen(x) + C 4) ∫ arctg(3x )dx 1 Re sp. : x.arctg(3x ) − ln(9 x 2 + 1) + C 6 5) ∫ arcsen(x − 2)dx Re sp. : ( x − 2) arcsen(x − 2) + − x 2 + 4x − 3 + C 6) ∫ x dx sen 2 (x) Re sp. : −x cot g(x ) + ln | sen(x) | +C 7) ∫ 3x8.cos(x3 )dx Re sp. : x 6 sen( x 3 ) + 2x 3 cos( x 3 ) − 2 sen( x 3 ) + C 3 8) ∫ x 5 (1 + 4e x )dx 6 3 4x 3 − 4 + x +C Re sp. : e x 3 6 2/13 9) ∫ e 2x +1 .dx 10) ∫ Re sp. : ( 2x + 1 − 1)e x.arctg(x) dx 2 1+ x 2 x +1 +C Re sp. : 1 + x 2 arctg( x ) − ln x + 1 + x 2 + C III) Resolva as integrais contendo um trinômio ax2 + bx + c: 2 x + 2x + 5 2) ∫ 3) ∫ 4) 1 x +1 Re sp. : arctg +C 2 2 dx 1) ∫ ∫ x − 6x + 5 1 x −5 +C Re sp. : ln 4 x −1 (x + 5)dx 2x 2 + 4x + 3 1 Re sp. : ln | 2 x 2 + 4x + 3 | +2 2 .arctg[ 2 ( x + 1)] + C 4 dx 2 x+3 dx 3 + 4x − 4x 2 Re sp. : − 1 7 2x − 1 3 + 4 x − 4 x 2 + arcsen +C 4 4 2 5) ∫ (x + 5)dx 2x 2 + 4x + 3 Re sp. : 1 2x 2 + 4x + 3 + 2 2 ln | 2x 2 + 4 x + 3 + 2 ( x + 1) | +C 2 6) ∫ 3x + 5 dx x (2 x − 1) Re sp. : 3 23 2x 2 − x + ln 4x − 1 + 8(2 x 2 − x ) + C 2 4 2 IV) Classifique as funções em racional (r) ou não racional (n); racional própria (p) ou racional imprópria (i) 1) f ( x ) = 3) f ( x ) = 5) f ( x ) = 2 .x + 1 2 x − tg (3) sen(7) x 4 + 1 x 3 + 2x + 1 1 + 3x 2 2 ( x − 1)( x − 5x + 6) 2) f ( x ) = 4) f ( x ) = 6) f ( x ) = 2x + 1 2 x + tg (3) ln(x 2 + 9) x4 − x2 ln(2).( x + 1) ( x 3 − 1)( x 2 − 1) 3/13 7) f ( x ) = 9) f ( x ) = (e.x ) 2 + 1 8) f ( x ) = ( x 2 + x + 3) 2 ( x 2 − 6 x + 9) x 2 + 3x + 1 x 2 − 6x + 8 ( 4 x 2 − 8x ) ( x − 1) 2 ( x 2 + 1) 2 Resp.1) (r); (p). 2) (n). 3) (r); (i). 4) (n). 5) (r); (p). 6) (r); (p). 7) (r); (p). 8) (r); (i). 9) (r); (p). V) No exercício anterior, apresente uma forma de decomposição em frações parciais para cada uma das funções racionais próprias. Resp. 1) f ( x ) = A B + x − tg (3) x + tg (3) ( ) ( ) 5) f ( x ) = A B C + + x −1 x − 2 x − 3 6) f ( x ) = A B C Dx + E + + + 2 2 ( x + 1) ( x − 1) ( x − 1) x + x +1 A B Cx + D Ex + F + + + x − 3 ( x − 3) 2 x 2 + x + 3 ( x 2 + x + 3) 2 A B Cx + D Ex + F 9) f ( x ) = + + + x − 1 ( x − 1) 2 x 2 + 1 ( x 2 + 1) 2 7) f ( x ) = VI) Resolva as integrais das funções racionais: 1) ∫ x +1 dx 2x + 1 1 1 Re sp. x + ln 2 x + 1 + C 2 4 2) ∫ xdx ( x + 1)( x + 3)( x + 5) 1 ( x + 3)6 Re sp. ln +C 8 ( x + 5)5 ( x + 1) 3) ∫ dx ( x − 1) 2 ( x − 2) Re sp. 1 x−2 + ln +C x −1 x −1 4/13 4) ∫ 5) ∫ 6) ∫ x −8 3 2 x − 4x + 4x Re sp. x3 +1 dx 4x 3 − x ( x − 1)( x 2 − 2x + 5) dx x3 − 6 dx x 4 + 6x 2 + 8 8) ∫ 3x − 7 3 2 x + x + 4x + 4 8x − 16 16 − x 10) ∫ 4 dx 3 + 5) 2 2 Re sp. : ln ( x − 2x x −1 Re sp. : ln Re sp. : ln x2 + 4 2 x +2 x2 + 4 ( x + 1)2 + 1 x −1 + arctg +C 2 2 3 x x 3 artg − arctg +C 2 2 2 2 + 1 arctg( x / 2) + C 2 x Re sp. : ln 4 + x 2 − ln | 2 + x | −arctg + C 2 dx (x 2 − 2x + 3)dx (x 2 + 1)(x − 1) 2 11) ∫ 3 x −2 + ln +C x−2 x x 1 Re sp. : − ln | x |+ [9 ln | 2 x − 1| +7 ln | 2x + 1 |] + C 4 16 2x 2 − 3x − 3 7) ∫ 9) ∫ 2 dx (5x 3 + 12)dx x 3 − 5x 2 + 4x Re sp : arctgx + ln x 2 + 1 − ln | x − 1 | + Re sp.:5x + 3 ln x − 1 +C 1− x 17 83 ln |x − 1| + ln |x − 4| + C 3 3 VII) Resolva as integrais das funções irracionais: 1) ∫ (x + 3)dx x(x − 2 x + 3) x3 − 3 x 2) ∫ 3) ∫ 64 x dx dx 6 ( x − 2)5 3 ( x − 2) 2 − 1 Re sp. : Re sp. : x − 1 +C 2 ln x + 2 2 ⋅arctg 2 2 4 9 2 12 13 x − x +C 27 13 3 6 x − 2 −1 − 3arctg6 x − 2 + C Re sp. : ln 6 2 x − 2 +1 5/13 4) ∫ x.(1 + 2 x ) 3 dx dx 8 5 3 3 Re sp. : (1 + x ) 3 − (1 + x ) 3 + C 8 5 Re sp. : 2 x − 63 x + 24 6 x − 48 ln(2 + 6 x ) + C 5) ∫ 23 x + x 6) ∫ 1 − x dx 1 + x x2 Re sp. : ln 7) ∫ 1 − x dx 1+ x x Re sp. : 2arctg 1− x + 1+ x 1− x − 1+ x − 1− x2 +C x 1− x 1− x + 1+ x + ln +C 1+ x 1− x − 1+ x VIII) Resolva as integrais das funções trigonométricas: 1) ∫ sen 3 ( x )dx 1 Re sp : cos3 ( x ) − cos( x ) + C 3 2) ∫ sen 2 ( x ) cos 3 ( x )dx 1 1 Re sp : sen 3 ( x ) − sen 5 ( x ) + C 3 5 3) ∫ cos 3 ( x ) sen 4 ( x ) dx 4) ∫ sec(2x )dx 5) ∫ 1 Re sp : csc ( x ) − csc 3 ( x ) + C 3 1 1 + sen(2x ) Re sp : ln +C 4 1 − sen(2 x ) sen 3 ( x )dx Re sp. : 33 3 cos5 ( x ) + +C 3 cos( x ) 5 6) ∫ sen 2 (3x )dx Re sp. : x sen (6 x ) − +C 2 12 7) ∫ sen 2 ( x ). cos 2 ( x )(dx Re sp. : x sen (4x ) − +C 8 32 8) ∫ tg3 ( x ) dx Re sp. : tg 2 ( x ) + ln cos( x ) + C 2 dx tg ( x ) −1 Re sp. : ln | tg ( x ) − 1 | ln(tg 2 ( x ) + 1) x − − +C 2 4 2 9) ∫ 3 4 cos ( x ) 6/13 10) ∫ sen(5x).sen(3x).dx 11) ∫ sen(x).cos(5x).dx 1 sen(8x ) sen(2 x ) − +C 4 4 cos(6x ) cos(4x ) Re sp. : − + +C 12 8 Re sp. : IX) Resolva as integrais das funções trigonométricas Universal t = tg(x/2) e as as fórmulas 2 tg ( x / 2) 1 − tg 2 ( x / 2) sen( x ) = 2 e cos( x ) = 2 tg ( x / 2) + 1 tg ( x / 2) + 1 1) ∫ sen( x )dx 1 + sen x 2) ∫ dx 1 − sen( x ) + cos( x ) 3) ∫ dx sen(x) − cos(x) 4) ∫ usando a Substituição 2 +x+C x 1 + tg 2 Re sp. : − ln 1 − tg ( x / 2) + C Re sp. : cos(x).dx 1 − sen(x) + cos(x) x +1− 2 2 2 ln Resp.: +C x 2 tg + 1 + 2 2 x x Resp.: ln sec + + C 2 2 tg X) Resolva as integrais usando substituição trigonométrica: 1) ∫ a2 − x2 x2 dx 2) ∫ x 2 4 − x 2 dx 3) ∫ 4) ∫ dx x2 1 + x2 x2 − a2 dx x a2 − x2 x Re sp. : − − arcsen + C x a Re sp. : 2 arcsen Re sp. : − x 1 1 − x 4 − x 2 + x3 4 − x 2 + C 2 2 4 1 + x2 +C x a Re sp. : x 2 − a 2 − a. arccos + C x 7/13 dx 5) ∫ 6) ∫ Re sp. : (4 + x 2 )5 dx (x + 1) 4 . x 2 + 2x + 10 ∫ dx (x + 1) 2 x 2 + 2x + 2 9) ∫ dx 2 (x + 9) 10) ∫ 11) ∫ (x + 1)dx (x + 9) 34 ( x + 1) − [9 + ( x + 1) 2 ]3 35 ( x + 1)3 +C Re sp. 2 (2x + 3)dx (x 2 + 2x + 10) 2 x 2 + 2x + 2 +C x +1 Re sp. : − Re sp. 2 2 9 + ( x + 1) 2 Re sp. : +C x Re sp. : 2 ln 4 + x 2 + x + 4 + x2 + C 2 7) ∫ 4 + x 2 dx 8) 1 x x3 − 16 4 + x 2 3( 4 + x 2 ) 4 + x 2 Re sp. x 2 18( x + 9) x −9 2 18( x + 9) + 1 x arctg + C 54 3 + 1 x arctg + C 54 3 x − 17 18( x 2 + 2 x + 10) + 1 x +1 arctg +C 54 3 XI) Resolver as seguintes integrais usando métodos adequados: 1 1) ∫ x.ln(1 + ).dx x 2) ∫ cos 4 (2x).dx 3) ∫ (3x 2 + 6x + 5)arctg(x).dx 4) ∫ 5) ∫ 6) ∫ 2x − 9 6x − 5 − x 2 dx 2x − 9 6x − 5 − x 2 dx ( x + 2 + 3).dx [x + 2 + x + 2 ](x + 5) 7) ∫ tg 3 (x).sec 4 (x).dx x2 x + 1 x ln + − ln x + 1 + C 2 x 2 1 sen(8x ) Resp.: 3x + sen(4x ) + +C 8 8 Resp.: Resp.: ( x 3 + 3x 2 + 5x )arctg( x ) − x2 − 3x − 2 ln | 1 + x 2 | +3arctg( x ) + C 2 3 x −5 Resp.: − ln | 6 x − x 2 − 5 | + ln +C 4 x −1 x − 3 +C 2 Resp.: − 2 6 x − 5 − x 2 − 3 arcsen Resp.: Resp.: x+2 1 ln | x + 2 + 1 | − ln x + 5 + 3arctg +C 3 2 1 6 1 sec ( x ) − sec4 ( x ) + C 6 4 8/13 (x - 1) 2 2x − x 2 + 8 8) ∫ .dx 9 − (x − 1) 2 2 Resp.: 9 arcsen x − 1 − ( x − 1) 2x − x + 8 + C 9) ∫ cosec(x).dx Resp.: ln | cos sec(x ) − cot g ( x ) | +C 4.e 3x .dx ∫ 2x (e + 2)(e 2x − 2e x + 1) 11) ∫ tg 3 x.cosx.dx 10) 2 Resp.: x 1 − lnx − ln 2 x xdx 13) ∫ (x + 2)[ x + 2 + 3 x + 2 ] Resp.: 15) ∫ 16 − x 2 16) ∫ 16 − e 2x dx ex ln 3 x dx 2 x. ln x − 4 dx 18) ∫ (x 2 + 2x + 5) 3 17) ∫ dx 19) ∫ x + 1 + (x + 1) 3 20) ∫ x 2 ln( 1 − x ).dx 22) ∫ x 5 dx 1− x2 23) ∫ sen 5 (x).3 cos(x) x x 24) ∫ [tg 3 ( ) + tg 4 ( )].dx 3 3 25) ∫ 4x x + 1 .dx x 9 2e x 2 2arctg 9 − ln(e 2 x + 2) 2 + ln(e x − 1) 4 − 3 + C x (e − 1) Resp.: cos( x ) + sec(x ) + C Resp.: 14) ∫ sen 2 (x).cos 5 (x).dx 4 lnx.dx 12) ∫ 3 1 2(ln x ) + 1 + C − 1 − ln x − (ln x ) 2 − arcsen 2 5 ( ) 6ln 6 x + 2 +1 −12ln6 x + 2 + 2 x + 2 − 33 x + 2 + 66 x + 2 − 12 6 x+2 + 6 3 x+2 +C sen 3 x 2 sen 5 x sen 7 x − + +C 3 5 7 x x Resp.: 8 arcsen + 16 − x 2 + C 4 2 Resp.: Resp.: − 16 − e 2 x ex ex − arcsen + C 4 3 1 Resp.: 4 ln 2 x − 4 + ln 2 x − 4 + C 3 Resp.: x +1 2 4 x + 2x + 5 +C Resp.: 2arctg( x + 1) + C 3 3 2 Resp.: x . ln 1 − x − 1 ln | x − 1 | − x − x − x + C 3 6 18 12 6 2 2 2 Resp.: − 1 − x 2 1 − 2(1 − x ) + (1 − x ) + C 3 5 Resp.: − 3 3 cos 4 x + 3 3 cos10 x − 3 3 cos16 x + C 4 5 16 x x x 3 2 x Resp.: tg + tg 3 − 3tg + 3 ln cos + x + C 2 3 3 3 3 Resp.: − 2 ln 4x − 2 x + 1 +C 4x + 2 x + 1 9/13 XII ) Encontrar a primitiva F(x), para a função f(x), tal que: 1) f(x) = x.sen(x 2 ) e F(0) = 1 2) f(x) = x2 6 e F(3 3 ) = π 4 9+x 3 3) f(x) = x 3.cos(x 2 ) e F(0) = 2 1 3 Resp.: F( x ) = − cos( x ) 2 + 2 2 3 1 x 2π Resp.: F( x ) = arctg( ) + 9 3 9 Resp.: F( x ) = XIII) Determinar a função f(x): 1) ∫ (x 3 − 4x).f ′(x).dx = x 2 + C e f(0) = −2 2) ∫ x 4 − 9 .f ′(x).dx = 7x 2 + C e f( 3) = 8ln3. x 2 . sen x 2 cos x 2 + +1 2 2 Resp.: f ( x ) = ln x−2 −2 x+2 Resp.: f ( x ) = 7 ln | x 2 + x 4 − 9 | + ln 3 XIV) A equação da reta tangente a uma curva no ponto (0, 2) é y = 3x + 2. Sabendo que em um ponto qualquer (x,y) da curva, f ′ (x) = 3x2 + k (k uma constante), encontrar a equação dessa curva. Resp.: f ( x ) = x 3 + 3 x + 2 d2y = tg 2 x . Sabendo que a reta tangente a 2 dx essa curva no ponto (0,1) é paralela ao eixo OX, determinar a equação da mesma. x2 Resp.: f ( x ) = − ln|cos( x )| − +1 2 XV) Em cada ponto da curva y = f(x), tem-se XVI) Determine o valor médio de cada função f, abaixo, nos intervalos indicados e o valor de x em que este ocorre. 1 1 1) f ( x) = em [0, ]. π π2 − 9 Resp.: ; 2 1 − x2 3 π 2 3π 1 π 2) f ( x) = sen ( x) em [0, π ]. Resp.: ; , 2 4 4 3) f(x) = x2 – 2x + 1 em [-1, 5] Resp.: 4; -1; 3 XVII) Considere a curva y = f(x) , gráfico a seguir. Sabendo-se que f(a) = 4 é o valor médio de f em [1,8], o valor numérico da área hachurada é de 12 unidades e ∫1a f(x).dx = 3 , determine: 10/13 1) ∫a8 f(x).dx. 2) O ponto a. Resp.: 1) 25; 2) 19/4 x πt 2 XVIII) Sejam as funções F( x ) = ∫ sen 2 0 dt e G ( x ) = x 1) Determine F´(x). 2) Determine os pontos x em que F(x) possui máximos locais πx 2 Resp.: F´(x ) = sen 2 Resp.: x = ± 2k , k ∈ N tal que k é ímpar x πt 2 sen ∫ 2 dt 0 1 πx 1 Resp.: (F o G )´(x ) = sen 2 2 x 3) Determine FoG (x) Resp.: (F o G )( x ) = 4) Determine (FoG)´ (x) XIX) Determine as derivadas das funções dadas a seguir: e tg ( x ) .sec2 ( x ) et 3 Resp.: F′( x ) = − 1) F(x) = ∫tg(x) dt 1+ t 1 + tg ( x ) 2) F(x) = ∫xx 3 1 + t 5 dt Resp.: F′( x ) = 1 + x15 .3x 2 − 1 + x 5 x t 4 sen 3 (u ) du dt , determine G´´(x). XX) Sendo G definida por G ( x ) = ∫ ∫ 2 u 3 2 Resp.: G ′′ ( x ) = 4 x −5 .sen 3 ( x 4 ) 2 XXI) Calcule ∫ f ( x )dx , sendo: 0 x 2 , se 0 ≤ x ≤ 1 1) f(x) = x , se 1 ≤ x ≤ 2 2) f ( x) = 1 − x . 11/13 Resp.: 1) 4 2 −1 3 2) 1 XXII) Determine a área da região do plano limitada simultaneamente pelas curvas: 1) y = ln(x), x = 2 e o eixo OX. . Resp.: 2.ln(2) -1 46 3 15 Resp.: − 8 ln( 2 ) 2 3 4 Resp.: − ln( 2 ) 3 2) x = 8 + 2y - y2, y = 1, y = 3 e x = 0. Resp.: 3) xy = 4 e x + y = 5. 4) y = 2x, y = 2x - x2, x = 0 e x = 2 5) y = 2x, y = 1 e y = 2/x Resp.: − 3 + 2 ln(2) 4 6) y = x3 – 3x, y = 2x2 Resp.: 71/6 7) y = x3, y = x2 + 2x Resp.: 37/12 08) y = 9/x, y = 9x, y = x Resp.: 9ln(3) XXIII) Determine a expressão da integral que permite calcular a área da região do plano: 1) Exterior à parábola y2 = 2x e interior ao círculo x2 + y2 = 8. 2 2 2 y2 0 2 8 − y 2 − dy + 4 8 − y dy ou 2 8 - x 2 dx + Resp.: 2 −2 2 -2 2 ∫ 2) Limitada pela hipérbole ∫ ∫ ∫ ( 8− x 2 2 0 ) − 2 x dx x2 y2 − = 1 e a reta x = 2a. a 2 b2 Resp.: 2 3) Comum aos círculos x2 + y2 = 4 e ∫ b 3 0 a 2 b + y 2 dy 2a − b x2 + y2 = 4x. Resp.: 2 1 ∫ 0 4 x − x 2 dx + ∫ 2 1 4 − x 2 dx XXIV) Calcule a área da região do plano limitada, 1) pela curva x + y 2 + 1 = 0, pela reta tangente à essa curva no ponto A = (−5, −2 ) e pelo eixo OX. 8 Resp.: 3 12/13 2) pelas curvas x = y 2 − 3, x = y -1 e acima do eixo OX. Resp.: 13 3 Resp.: 7 3 3) pelas curvas x = y 2 e x = 2 - y . x2 y2 + = 1 e pela reta que passa pelos pontos A=(0,2) e B = (−3,0) e 4) pela curva 9 4 situada no 2 o quadrante. 3π −3 Resp.: 2 XXV) Uma partícula se desloca sobre o eixo 0x com velocidade v(t) = sen2(t) m/s. Calcule o deslocamento entre os instantes t = 0 s e t = π s. π Resp.: m 2 XXVI) Sobre uma partícula que se desloca sobre o eixo Ox, entre os pontos x = 1m e r r x = e m, atua a força F( x ) = ln(x ). i , dada em Newton. Determine o trabalho, em joule, r realizado por F . e Resp.: ∫ ln(x )dx = 1 1 XXVII) Sobre uma partícula que se desloca sobre o eixo Ox, entre os pontos x = -1 m e r x = 0 m, atua a força F , que aponta na direção do ponto (0, 1) e cujo módulo, dado em r Newton, é igual a | F( x ) | = x 2 . Determine: r 1) A componente de F na direção de Ox. − x3 r Resp.: i 2 1+ x r 0 2) O trabalho realizado por F , dado em joule − x 3 dx 2 − 2 Resp.: ∫ = 2 3 −1 1 + x 13/13