Integrais
A integral indefinida de uma função f(t) é representada como
∫
f
(
τ d
)
⋅
τ
Por outro lado, a integral definida, representada como
∫
bτ
⋅
τ
af
(
)
d
,∫
−∞τ
⋅
τ
b 3(
)
d
f
ou∫
∞τ
⋅
τ
af
(
)
d
faz a Soma de Riemann que calcula a área sob a curva em m intervalo bem definido como por exemplo:
[ a , b ] , ] -∞ , b ] ou [ a , ∞ [.
Este nome acima é dado em alusão ao matemático alemão Georg Friedrich Bernhard
Riemann (1826-1866).
A integral é um processo inverso do da derivada de funções pois,
( )
dt df f( )
t C dt ) t ( df dt ) t ( dt df dt t f′ =∫
=∫
=∫
= +∫
ou(
f
(
t
)
dt
)
f
(
t
)
dt
d
⋅
=
∫
. Mais precisamente:∫
⋅
=
t af
(
t
)
dt
)
t
(
F
é chamada de primitiva de f(t).Este resultado é chamado de Teorema Fundamental do Cálculo e faz a interligação entre o Cálculo Diferencial (secção anterior) e o Cálculo Integral (desta secção). Algumas regras de integração de funções em geral
( )
t dt a f( )
t dt C f a = ⋅∫
+∫
(regra da homogeneidade)( )
( )
[
f t +g t]
dt =∫
f( )
t dt +∫
g( )
t dt + C∫
(regra da aditividade)( ) ( )
[
]
( )
∫
( )
Se definirmos ) t ( g ) t ( u = e v(t) = f(t) então dt ) t ( g du = ′ ⋅ e dv=f′(t)⋅dt e a regra da integral por partes pode ser escrita doutra forma:
∫
∫
u⋅dv = uv − vdu Por outro lado, se) t ( f ) t ( u = e du =f′(t)⋅dt, então a integral definida é calculada como:
]
u
(
b
)
u
(
a
)
u
du
ba b a=
=
−
∫
Fig. 1 – A área S sob a curva f(t) no intervalo definido [ a, b ].
A integral definida desde a até b da função f
S
d
)
(
f
b aτ
⋅
τ
=
∫
A figura 2 mostra dois exemplos da integral definida desde a até b da função f, onde áreas abaixo do eixo das abcissas contam negativamente.
2 1 b a
f
1(
τ
)
⋅
d
τ
=
S
−
S
∫
e 3 2 1 b af
2(
τ
)
⋅
d
τ
=
S
−
S
+
S
∫
Fig. 2 – Dois exemplos da área sob a curva f(t) no intervalo definido [a, b]. As áreas abaixo do eixo das abcissas contam negativamente.
A figura 3 mostra dois exemplos da integral definida em intervalos infinitos: ] -∞, b ] e [ a , ∞ [.
'
S
d
)
(
f
b 3τ
⋅
τ
=
∫
−∞ e∫
af
4(
τ
)
⋅
d
τ
=
S
''
∞ Fig. 3 – Dois exemplos da área sob a curva f(t) definidos em intervalosApresentamos agora uma tabela das integrais das principais funções. Integrais de funções racionais:
C u du = +
∫
1 n , C ) 1 n ( u du u 1 n n + ≠ + = ⋅ +∫
C u ln u du du u 1⋅ =∫
= +∫
− C a u arctg a 1 dt a u 1 2 2 ⎟⎠ + ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ = ⋅ +∫
2 2 2 2 C, u >a a u a u arctg a 2 1 a u du + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + − ⋅ = ⋅ −∫
Integrais de funções irracionais:
C a u u ln a u du 2 2 2 2 + ⋅ = + + +
∫
C a u u ln a u du 2 2 2 2 − ⋅ = + − +∫
C a u sec arc a 1 a u u du 2 2 ⎟⎠ + ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ = ⋅ − ⋅∫
2 2 2 2 a C , u <a u arcsen u a du + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = ⋅ −∫
Integrais de logaritmos: C log t ) t a ( log t dt ) t a ( logb ⋅ = ⋅ b ⋅ − ⋅ b +∫
e (*) C t ) t a ( ln t dt ) t a ( ln ⋅ = ⋅ ⋅ − +∫
[caso particular b = e da integral (*) acima]
(
n 1)
C , n 1 t ) t a ( ln 1 n t dt ) t a ( ln t 2 1 n 1 n n + ≠ + − ⋅ ⋅ + = ⋅ ⋅ + +∫
[
ln(a t)]
C 2 1 dt ) t a ( ln t 1⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ 2 +∫
−[
ln(a t)]
C ln ) t a ( ln t dt = ⋅ + ⋅ ⋅∫
Integrais de funções exponenciais:
0 a , 1 a , C ) a ( ln a du a u u⋅ = + ≠ >
∫
(**) C du u u⋅ = +∫
e e [caso particular a = e da integral (**) acima]C ) b ( ln b a 1 dt b at at = ⋅ +
∫
(***) C a 1 dt at at = +∫
e e [caso particular b = e da integral (***) acima]C ) 1 at ( a dt t 2 at at = − + ⋅
∫
e e dt t a n t a 1 dt tn eat neat∫
n 1eat∫
⋅ = − − 1 b , 0 b , dt b t ) b ln( a n ) b ln( a b t dt b t n 1 at at n at n > ≠ ⋅ − ⋅ = ⋅∫
∫
−(
)
[
a sen(bt) b cos(bt)]
C b a dt ) t b ( sen 2 2 at at ⋅ − ⋅ + + = ⋅∫
e e(
)
[
a cos(bt) b sen(bt)]
C b a dt ) t b cos( 2 2 at at ⋅ + ⋅ + + = ⋅∫
e eIntegrais de funções trigonométricas:
( )
u du cos( )
u C sen = − +∫
( )
u du sen( )
u C cos = +∫
( )
u du ln(
sec(u))
C tg = +∫
( )
u du ln sen(u) C g cot = +∫
( )
( )
du ln sec(u) tg(u) C u cos 1 du u sec ⋅ =∫
⋅ = + +∫
( )
( )
du ln cosec(u) cotg(u) C u sen 1 du u ec cos ⋅ =∫
⋅ = − +∫
( ) ( )
( )
( )
du sec(u) C u sen u tg du u tg u ec s ⋅ ⋅ =∫
⋅ = +∫
( )
( )
( ) ( )
du cosec(u) C u tg u sen 1 du u tg co u ec cos ⋅ = − + ⋅ = ⋅ ⋅∫
∫
( )
( )
du tg(u) C u cos 1 du u ec s 2 2 ⋅ = ⋅ = +∫
∫
( )
( )
du cotg(u) C u sen 1 du u ec cos 2 2 ⋅ = ⋅ = − +∫
∫
( )
cos( )
at C a 1 dt t a sen = − +∫
( )
sen( )
at C a 1 dt t a cos = +∫
( )
( )
C a 4 t a 2 sen 2 t dt t a sen2 = − +∫
( )
( )
C a 4 t a 2 sen 2 t dt t a cos2 = + +∫
Fórmula de recorrência para integrais de potências de funções trigonométricas:
( )
∫
( )
∫
+ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − = ⋅ − − du u a sen n 1 n a n ) u a cos( ) u a ( sen du u a sen n 2 1 n n( )
∫
( )
∫
+ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ − − du u a cos n 1 n a n ) u a ( sen ) u a ( cos du u a cos n 2 1 n n( )
(
)
∫
( )
∫
− ⋅ − ⋅ ⋅ = ⋅ − − du u a tg 1 n a ) u a ( tg du u a tg n 2 1 n n( )
(
)
∫
( )
∫
− ⋅ − ⋅ ⋅ − = ⋅ − − du u a g cot 1 n a ) u a ( g cot du u a g cot n 2 1 n n( )
(
)
∫
( )
∫
⎟⋅ ⋅ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − − + − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ − − du u a sec 1 n 2 n 1 n a ) u a ( tg ) u a ( sec du u a sec n 2 2 n n( )
∫
( )
∫
⋅ = −cosec − (a⋅u)⋅cotg(a⋅u) + ⎜⎛n−2⎞⎟⋅ n−2 ⋅ 2 n nIntegrais de outras funções trigonométricas:
( )
( )
[
]
[
]
2 2 b a , C ) b a ( 2 t ) b a ( cos ) b a ( 2 t ) b a ( cos dt t b cos t a sen + ≠ − − − + + − = ⋅ ⋅∫
( )
( )
[
]
[
]
2 2 b a , C ) b a ( 2 t ) b a ( sen ) b a ( 2 t ) b a ( sen dt t b sen t a sen + ≠ + + − − − = ⋅ ⋅ ⋅∫
( )
( )
[
]
[
]
2 2 b a , C ) b a ( 2 t ) b a ( sen ) b a ( 2 t ) b a ( sen dt t b cos t a cos + ≠ + + + − − = ⋅ ⋅ ⋅∫
( )
( )
C a 4 ) t a 2 ( cos dt t a cos t a sen + ⋅ ⋅ ⋅ − = ⋅ ⋅ ⋅∫
( )
( )
( )
ln cos( )
a t C a 1 dt t a cos t a sen dt t a tg = − ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ = ⋅∫
∫
( )
( )
( )
ln sen( )
at C a 1 dt t a sen t a cos dt t a g cot ⋅ =∫
= ⋅ +∫
( )
cos(a t) C a t ) t a ( sen a 1 dt t a sen t⋅ ⋅ = − 2 ⋅ − ⋅ +∫
( )
sin(at) C a t ) t a ( cos a 1 dt t a cos t⋅ = 2 + +∫
( )
t cos(at)dt a n ) t a ( cos a t dt t a sen t n1 n n∫
∫
⋅ = − + −( )
t sen(at)dt a n ) t a ( sen a t dt t a cos t n 1 n n∫
∫
⋅ = − − Integrais de funções hiperbólicas:C ) at ( cosh a 1 dt ) at ( senh = ⋅ +
∫
C ) at ( senh a 1 dt ) at ( cosh = ⋅ +∫
C 2 t a 4 ) at 2 ( senh dt ) at ( senh2 = − +∫
C 2 t a 4 ) at 2 ( senh dt ) at ( cosh2 = + +∫
C ) at ( senh a 1 ) at ( cosh a t dt ) at ( senh t⋅ = ⋅ − 2 ⋅ +∫
C ) at ( cosh a 1 ) at ( senh a t dt ) at ( cosh t⋅ = ⋅ − 2 ⋅ +