Primitivação por substituição e por partes

Primitivas imediatas, mudança de variável, integração por partes e escolhas que simplificam a conta.

TLDR

Perguntar sobre esta página

ChatGPTClaudePerplexityGrokGeminiCopiar e abrirDeepSeekCopiar e abrir

Primitivas e constantes

Uma primitiva de ff num intervalo é uma função FF com F′=fF'=f. Por exemplo, como a derivada de x2x^2 é 2x2x, x2x^2 é uma primitiva de 2x2x. Se FF é uma primitiva, todas as outras nesse intervalo são F+CF+C, por Lagrange. Escrevemos ∫f(x) dx=F(x)+C\int f(x)\,dx=F(x)+C. Em componentes diferentes do domínio, as constantes podem ser diferentes.

Primitivas imediatas

A tabela de primitivas é a tabela de derivadas lida ao contrário:

IntegralPrimitivaCondição
∫xα dx\int x^\alpha\,dxxα+1/(α+1)+Cx^{\alpha+1}/(\alpha+1)+Cα≠−1\alpha\ne-1, num intervalo do domínio
∫dx/x\int dx/xln⁡∣x∣+C\ln\lvert x\rvert+Cx≠0x\ne0
∫ex dx\int e^x\,dxex+Ce^x+C
∫ax dx\int a^x\,dxax/ln⁡a+Ca^x/\ln a+Ca>0a>0, a≠1a\ne1
∫cos⁡x dx\int\cos x\,dxsin⁡x+C\sin x+C
∫sin⁡x dx\int\sin x\,dx−cos⁡x+C-\cos x+C
∫sec⁡2x dx\int\sec^2x\,dxtan⁡x+C\tan x+COnde definida
∫dx/(1+x2)\int dx/(1+x^2)arctan⁡x+C\arctan x+C
∫dx/1−x2\int dx/\sqrt{1-x^2}arcsin⁡x+C\arcsin x+C∣x∣<1\lvert x\rvert<1

A linearidade permite integrar somas termo a termo e retirar constantes. Não permite multiplicar primitivas. Em geral, ∫fg\int fg não é (∫f)(∫g)(\int f)(\int g).

Primitivação por substituição

A regra da cadeia dá [F(g(x))]′=F′(g(x))g′(x)[F(g(x))]'=F'(g(x))g'(x). Lendo ao contrário,

∫f(g(x))g′(x) dx=F(g(x))+CF′=f.\begin{gathered} \int f(g(x))g'(x)\,dx=F(g(x))+C\\ F'=f. \end{gathered}

A escrita u=g(x)u=g(x), du=g′(x) dxdu=g'(x)\,dx organiza a mudança de variável. Depois da substituição, todo o integrando deve ficar escrito em uu.

Para ∫2xex2 dx\int2xe^{x^2}\,dx, escolhemos u=x2u=x^2 porque a sua derivada 2x2x já aparece. Obtemos ∫eu du=eu+C=ex2+C\int e^u\,du=e^u+C=e^{x^2}+C.

Se falta só uma constante, corrige-a. Em ∫x/(1+x2) dx\int x/(1+x^2)\,dx, du=2x dxdu=2x\,dx, por isso

∫x1+x2 dx=12∫duu=12ln⁡(1+x2)+C.\begin{gathered} \int\frac{x}{1+x^2}\,dx=\frac12\int\frac{du}{u}\\ =\frac12\ln(1+x^2)+C. \end{gathered}

O argumento é sempre positivo. Em ∫f′/f\int f'/f, a forma geral é ln⁡∣f∣+C\ln|f|+C num intervalo onde f≠0f\ne0.

Um exemplo que exige substituir também o numerador é

∫x3−2x dx,x<32.\int\frac{x}{\sqrt{3-2x}}\,dx,\qquad x<\frac32.

Com u=3−2xu=3-2x, x=(3−u)/2x=(3-u)/2 e dx=−du/2dx=-du/2. Então

−14∫(3−u)u−1/2 du=−32u+16u3/2+C.\begin{gathered} -\frac14\int(3-u)u^{-1/2}\,du\\ =-\frac32\sqrt u+\frac16u^{3/2}+C. \end{gathered}

Voltando à variável inicial, a primitiva é −323−2x+16(3−2x)3/2+C-\frac32\sqrt{3-2x}+\frac16(3-2x)^{3/2}+C. Derivar recupera x/3−2xx/\sqrt{3-2x}.

Nos integrais definidos, muda também os limites:

∫012x1+x2 dx=∫12duu=ln⁡2.\int_0^1\frac{2x}{1+x^2}\,dx =\int_1^2\frac{du}{u}=\ln2.

Podes, em alternativa, voltar a xx antes de usar os limites originais. Não mistures uma primitiva em uu com limites em xx.

Primitivação por partes

Da regra do produto, (uv)′=u′v+uv′(uv)'=u'v+uv', obtemos

∫u dv=uv−∫v du.\int u\,dv=uv-\int v\,du.

Escolhe uu para que derivar o simplifique, e dvdv para que seja fácil encontrar vv. Não é uma regra automática: a escolha deve tornar o integral restante mais simples.

Para ∫xe2x dx\int xe^{2x}\,dx, toma u=xu=x, du=dxdu=dx, dv=e2xdxdv=e^{2x}dx e v=e2x/2v=e^{2x}/2. Assim,

∫xe2x dx=xe2x2−12∫e2x dx=e2x(x2−14)+C.\begin{gathered} \int xe^{2x}\,dx=\frac{xe^{2x}}2-\frac12\int e^{2x}\,dx\\ =e^{2x}\bigl(\frac x2-\frac14\bigr)+C. \end{gathered}

Derivando, os termos e2x/2e^{2x}/2 e −e2x/2-e^{2x}/2 cancelam-se, sobrando xe2xxe^{2x}.

Mesmo sem um produto explícito, podemos tomar dv=dxdv=dx. Para ∫ln⁡x dx\int\ln x\,dx, x>0x>0, escolhe u=ln⁡xu=\ln x e v=xv=x:

∫ln⁡x dx=xln⁡x−∫1 dx=xln⁡x−x+C.\begin{gathered} \int\ln x\,dx=x\ln x-\int1\,dx\\ =x\ln x-x+C. \end{gathered}

Nos integrais definidos, ∫abu v′=[uv]ab−∫abu′v\int_a^bu\,v'=[uv]_a^b-\int_a^bu'v. Para ∫01xln⁡(1+x) dx\int_0^1x\ln(1+x)\,dx, toma u=ln⁡(1+x)u=\ln(1+x) e v=x2/2v=x^2/2. A parte integrada vale ln⁡2/2\ln2/2. No integral restante, divide o quociente:

x21+x=x−1+11+x.\frac{x^2}{1+x}=x-1+\frac1{1+x}.

Integrar termo a termo dá [x2/2−x+ln⁡(1+x)]01=−1/2+ln⁡2[x^2/2-x+\ln(1+x)]_0^1=-1/2+\ln2. Logo

∫01xln⁡(1+x) dx=12ln⁡2−12(12−1+ln⁡2)=14.\begin{gathered} \int_0^1x\ln(1+x)\,dx\\ =\frac12\ln2-\frac12\bigl(\frac12-1+\ln2\bigr)\\ =\frac14. \end{gathered}

Quando o integral volta a aparecer

Para I=∫excos⁡x dxI=\int e^x\cos x\,dx, duas aplicações de partes dão

I=excos⁡x+∫exsin⁡x dx,I=e^x\cos x+\int e^x\sin x\,dx, ∫exsin⁡x dx=exsin⁡x−I.\int e^x\sin x\,dx=e^x\sin x-I.

Portanto 2I=ex(sin⁡x+cos⁡x)2I=e^x(\sin x+\cos x), até uma constante, e

I=ex2(sin⁡x+cos⁡x)+C.I=\frac{e^x}{2}(\sin x+\cos x)+C.

O regresso do integral inicial não significa que a técnica falhou: permite resolver uma equação em II.

Primitivas de funções contínuas definidas por ramos

Seja

f(x)={2x,x≤0,x2,x>0.f(x)=\begin{cases}2x,&x\le0,\\x^2,&x>0.\end{cases}

Os dois limites em zero e f(0)f(0) valem zero. Integramos cada ramo e procuramos uma primitiva em todo o real:

F(x)={x2+C1,x≤0,x3/3+C2,x>0.F(x)=\begin{cases}x^2+C_1,&x\le0,\\x^3/3+C_2,&x>0.\end{cases}

A continuidade em zero exige C1=C2=CC_1=C_2=C. Ainda precisamos de verificar a derivada no ponto de união. Pela esquerda, [F(h)−F(0)]/h=h→0[F(h)-F(0)]/h=h\to0; pela direita, o quociente é h2/3→0h^2/3\to0. Logo F′(0)=0=f(0)F'(0)=0=f(0). Nos restantes pontos, derivar cada ramo confirma F′=fF'=f.

Usar constantes diferentes criaria um salto em FF, incompatível com a existência da derivada em zero.

Erros frequentes

Mantém +C+C no resultado indefinido, pois um integral definido é um número e não leva +C+C. Verifica o fator da derivada interior e o sinal em partes, e no fim deriva a expressão obtida, que é a verificação direta da primitiva.

Para uma revisão em vídeo da integração, podes acompanhar Rodrigo Dias:

Abrir no YouTube

À tua maneira

Aparência

Modo de cor
Tema
Cor de destaque

Leitura

Fonte de leitura

Álgebra, lógica e uma ideia de cada vez.

Código

Fonte do código

Navegação

Cursor de leitura, sem edição. h, j, k, l movem; / pesquisa nesta página. v seleciona caracteres; V seleciona linhas; y copia. Tab permite destacar ou comentar. Espaço ou Enter abre blocos recolhíveis. Nos cartões, h, j, k, l mudam o foco.

CSS personalizado

Ativa uma sugestão ou guarda o teu CSS. Só muda este navegador.

Usa --page, --text e --accent para acompanhar o tema.

Seletores e recuperação

.site-header, .prose, .course-card, [data-reading-history], [data-playground] e .page-actions.

Abre a aparência com a tecla vírgula ou no rodapé. Se o CSS esconder os controlos, abre esta página sem CSS personalizado.

Pesquisar

Escreve para pesquisar em todo o site.

para escolher · Enter para abrir · Esc para fechar

Copiar fórmula

A cópia automática não está disponível. Copia o LaTeX abaixo.

Pesquisar nesta página

Enter procura · n / N repetem · Esc cancela. Ctrl / Cmd K pesquisa todo o site.

Atalhos de teclado

Clica numa tecla para a mudar. Esc cancela. Backspace desativa.

PesquisarCtrl / Cmd K

Os atalhos não interferem enquanto escreves. Tab e Enter funcionam sempre.