O documento discute o método de integração por substituição. Ele introduz o método formalmente, mostrando como realizar a substituição de variáveis em uma integral indefinida para obter o resultado desejado. Em seguida, apresenta exemplos passo a passo de como aplicar a técnica para resolver integrais específicas.
1. Cálculo Diferencial e Integral I
Universidade Federal do Recôncavo da Bahia
13 de julho de 2022
Prof.: Paulo Henrique
2. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Nem sempre podemos determinar uma integral de forma imediata.
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
3. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Nem sempre podemos determinar uma integral de forma imediata. Entretanto, em
muitas dessas, uma simples mudança de variável nos leva ao resultado desejado.
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
4. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Nem sempre podemos determinar uma integral de forma imediata. Entretanto, em
muitas dessas, uma simples mudança de variável nos leva ao resultado desejado. Este
método é chamado de substituição ou mudança de variáveis e tem como motivação
a regra da cadeia do ponto de vista da antidiferenciação.
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
5. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Nem sempre podemos determinar uma integral de forma imediata. Entretanto, em
muitas dessas, uma simples mudança de variável nos leva ao resultado desejado. Este
método é chamado de substituição ou mudança de variáveis e tem como motivação
a regra da cadeia do ponto de vista da antidiferenciação.
Considere, por exemplo, o problema de determinar
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
6. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Nem sempre podemos determinar uma integral de forma imediata. Entretanto, em
muitas dessas, uma simples mudança de variável nos leva ao resultado desejado. Este
método é chamado de substituição ou mudança de variáveis e tem como motivação
a regra da cadeia do ponto de vista da antidiferenciação.
Considere, por exemplo, o problema de determinar
Z
x · sin(x2
) dx.
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
7. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Fazendo u = x2, temos
du
dx
= 2x, isto é, du = 2x dx.
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
8. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Fazendo u = x2, temos
du
dx
= 2x, isto é, du = 2x dx.
Reescrevendo a integral inicial do problema proposto, temos:
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
9. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Fazendo u = x2, temos
du
dx
= 2x, isto é, du = 2x dx.
Reescrevendo a integral inicial do problema proposto, temos:
Z
sin(u)
du
2
= −
cos(u)
2
+ C.
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
10. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Fazendo u = x2, temos
du
dx
= 2x, isto é, du = 2x dx.
Reescrevendo a integral inicial do problema proposto, temos:
Z
sin(u)
du
2
= −
cos(u)
2
+ C.
Retornando à variável original x, temos:
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
11. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Fazendo u = x2, temos
du
dx
= 2x, isto é, du = 2x dx.
Reescrevendo a integral inicial do problema proposto, temos:
Z
sin(u)
du
2
= −
cos(u)
2
+ C.
Retornando à variável original x, temos:
Z
x · sin(x2
) dx
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
12. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Fazendo u = x2, temos
du
dx
= 2x, isto é, du = 2x dx.
Reescrevendo a integral inicial do problema proposto, temos:
Z
sin(u)
du
2
= −
cos(u)
2
+ C.
Retornando à variável original x, temos:
Z
x · sin(x2
) dx = −
cos(x2)
2
+ C.
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
13. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Fazendo u = x2, temos
du
dx
= 2x, isto é, du = 2x dx.
Reescrevendo a integral inicial do problema proposto, temos:
Z
sin(u)
du
2
= −
cos(u)
2
+ C.
Retornando à variável original x, temos:
Z
x · sin(x2
) dx = −
cos(x2)
2
+ C.
Vamos, então, formalizar este método:
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14. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Sejam f(x) e F(x) duas funções tais que F′(x) = f(x).
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15. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Sejam f(x) e F(x) duas funções tais que F′(x) = f(x). Suponhamos que g(x) seja outra
função derivável cuja imagem esteja contida no domínio da função F(x).
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
16. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Sejam f(x) e F(x) duas funções tais que F′(x) = f(x). Suponhamos que g(x) seja outra
função derivável cuja imagem esteja contida no domínio da função F(x). Consideremos
a função composta F(g(x)) e, pela regra da cadeia, temos:
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
17. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Sejam f(x) e F(x) duas funções tais que F′(x) = f(x). Suponhamos que g(x) seja outra
função derivável cuja imagem esteja contida no domínio da função F(x). Consideremos
a função composta F(g(x)) e, pela regra da cadeia, temos:
[F(g(x))]′
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
18. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Sejam f(x) e F(x) duas funções tais que F′(x) = f(x). Suponhamos que g(x) seja outra
função derivável cuja imagem esteja contida no domínio da função F(x). Consideremos
a função composta F(g(x)) e, pela regra da cadeia, temos:
[F(g(x))]′
= F′
(g(x)) · g′
(x)
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
19. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Sejam f(x) e F(x) duas funções tais que F′(x) = f(x). Suponhamos que g(x) seja outra
função derivável cuja imagem esteja contida no domínio da função F(x). Consideremos
a função composta F(g(x)) e, pela regra da cadeia, temos:
[F(g(x))]′
= F′
(g(x)) · g′
(x) = f(g(x)) · g′
(x),
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
20. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Sejam f(x) e F(x) duas funções tais que F′(x) = f(x). Suponhamos que g(x) seja outra
função derivável cuja imagem esteja contida no domínio da função F(x). Consideremos
a função composta F(g(x)) e, pela regra da cadeia, temos:
[F(g(x))]′
= F′
(g(x)) · g′
(x) = f(g(x)) · g′
(x),
isto é, F(g(x)) é uma primitiva de f(g(x)) · g′(x).
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21. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Portanto,
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
22. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Portanto,
Z
f(g(x)) · g′
(x) dx = F(g(x)) + C. (1)
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
23. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Portanto,
Z
f(g(x)) · g′
(x) dx = F(g(x)) + C. (1)
Fazendo u = g(x) ∴ du = g′(x) dx e substituindo em (1), temos:
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
24. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Integração por Substituição
Portanto,
Z
f(g(x)) · g′
(x) dx = F(g(x)) + C. (1)
Fazendo u = g(x) ∴ du = g′(x) dx e substituindo em (1), temos:
Z
f(u) · du = F(u) + C.
2 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
25. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Example 1.
Determine:
a
Z
cos(4x) dx
b
Z
x + x3
1 + x4
dx
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
26. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
27. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
28. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
a) Se fizermos u = 4x, teremos du = 4 dx.
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
29. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
a) Se fizermos u = 4x, teremos du = 4 dx.
Substituindo na integral:
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
30. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
a) Se fizermos u = 4x, teremos du = 4 dx.
Substituindo na integral:
Z
cos(u)
du
4
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
31. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
a) Se fizermos u = 4x, teremos du = 4 dx.
Substituindo na integral:
Z
cos(u)
du
4
=
1
4
Z
cos(u) du
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
32. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
a) Se fizermos u = 4x, teremos du = 4 dx.
Substituindo na integral:
Z
cos(u)
du
4
=
1
4
Z
cos(u) du =
1
4
sin(u) + C
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
33. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
a) Se fizermos u = 4x, teremos du = 4 dx.
Substituindo na integral:
Z
cos(u)
du
4
=
1
4
Z
cos(u) du =
1
4
sin(u) + C =
1
4
sin(4x) + C.
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
34. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
b) Podemos escrever
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
35. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
b) Podemos escrever
Z
x + x3
1 + x4
dx
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
36. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
b) Podemos escrever
Z
x + x3
1 + x4
dx =
Z
x
1 + x4
dx +
Z
x3
1 + x4
dx.
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
37. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
b) Podemos escrever
Z
x + x3
1 + x4
dx =
Z
x
1 + x4
dx +
Z
x3
1 + x4
dx.
Na primeira parcela desta, se fizermos u = x2, teremos du = 2x dx.
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
38. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
b) Podemos escrever
Z
x + x3
1 + x4
dx =
Z
x
1 + x4
dx +
Z
x3
1 + x4
dx.
Na primeira parcela desta, se fizermos u = x2, teremos du = 2x dx.
Substituindo na integral:
Z
1
1 + u2
du
2
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
39. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
b) Podemos escrever
Z
x + x3
1 + x4
dx =
Z
x
1 + x4
dx +
Z
x3
1 + x4
dx.
Na primeira parcela desta, se fizermos u = x2, teremos du = 2x dx.
Substituindo na integral:
Z
1
1 + u2
du
2
=
1
2
Z
du
1 + u2
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
40. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
b) Podemos escrever
Z
x + x3
1 + x4
dx =
Z
x
1 + x4
dx +
Z
x3
1 + x4
dx.
Na primeira parcela desta, se fizermos u = x2, teremos du = 2x dx.
Substituindo na integral:
Z
1
1 + u2
du
2
=
1
2
Z
du
1 + u2
=
1
2
arctan(u) + C1
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
41. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
b) Podemos escrever
Z
x + x3
1 + x4
dx =
Z
x
1 + x4
dx +
Z
x3
1 + x4
dx.
Na primeira parcela desta, se fizermos u = x2, teremos du = 2x dx.
Substituindo na integral:
Z
1
1 + u2
du
2
=
1
2
Z
du
1 + u2
=
1
2
arctan(u) + C1 =
1
2
arctan(x2
) + C1
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
42. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
b) Podemos escrever
Z
x + x3
1 + x4
dx =
Z
x
1 + x4
dx +
Z
x3
1 + x4
dx.
Na segunda parcela, devemos fazer u = 1 + x4, então du = 4x3 dx.
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
43. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
b) Podemos escrever
Z
x + x3
1 + x4
dx =
Z
x
1 + x4
dx +
Z
x3
1 + x4
dx.
Na segunda parcela, devemos fazer u = 1 + x4, então du = 4x3 dx.
Substituindo na integral:
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
44. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
b) Podemos escrever
Z
x + x3
1 + x4
dx =
Z
x
1 + x4
dx +
Z
x3
1 + x4
dx.
Na segunda parcela, devemos fazer u = 1 + x4, então du = 4x3 dx.
Substituindo na integral:
Z
du
4u
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
45. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
b) Podemos escrever
Z
x + x3
1 + x4
dx =
Z
x
1 + x4
dx +
Z
x3
1 + x4
dx.
Na segunda parcela, devemos fazer u = 1 + x4, então du = 4x3 dx.
Substituindo na integral:
Z
du
4u
=
1
4
ln |1 + x4
| + C2.
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46. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
b) Podemos escrever
Z
x + x3
1 + x4
dx =
Z
x
1 + x4
dx +
Z
x3
1 + x4
dx.
Portanto,
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
47. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
b) Podemos escrever
Z
x + x3
1 + x4
dx =
Z
x
1 + x4
dx +
Z
x3
1 + x4
dx.
Portanto,
Z
x + x3
1 + x4
dx
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
48. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
b) Podemos escrever
Z
x + x3
1 + x4
dx =
Z
x
1 + x4
dx +
Z
x3
1 + x4
dx.
Portanto,
Z
x + x3
1 + x4
dx =
1
2
arctan(x2
) +
1
4
ln |1 + x4
| + C.
3 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
49. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Example 1.
Determine:
a
Z
tan(x) dx
b
Z
cot(x) dx
c
Z
sec(x) dx
d
Z
csc(x) dx
e
Z
dx
√
a2 − x2
f
Z
dx
√
a2 + x2
g
Z
dx
a2 + x2
h
Z
dx
√
x2 ± a2
(b), (c), (d) e (f) fazer como exercício.
4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
50. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
51. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
52. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
a) Utilizando a mudança de variáveis
t = cos(x) ⇒
dt
dx
= − sin(x),
temos que
Z
tan(x) dx =
Z
sin(x)
cos(x)
dx = −
Z
dt
t
= − ln |t| = − ln | cos(x)| + C.
4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
53. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
e) Suponhamos a ∈ R∗
+. Façamos
u =
x
a
⇒ du =
1
a
dx.
Sendo assim,
Z
dx
√
a2 − x2
=
Z
1
a
dx
r
1 −
x
a
2
= arcsin(u) + C
= arcsin
x
a
+ C.
4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
54. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
g) Suponhamos a ∈ R∗ e façamos
u =
x
a
⇒
dt
dx
=
1
a
.
Sendo assim,
Z
dx
a2 + x2
=
Z
1
a2
dx
1 +
x
a
2
=
1
a2
Z
du
1 + u2
=
1
a2
arctan(u) + C =
1
a2
arctan
x
a
+ C.
4 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
55. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Exemplos
Solução:
h) Seja a ∈ R∗. Façamos u = x +
√
x2 ± a2 ⇒ du =
1 +
x
√
x2 ± a2
dx.
Dessa forma,
Z
dx
√
x2 ± a2
=
Z
dx
√
x2 ± a2
x +
√
x2 ± a2
x +
√
x2 ± a2
=
Z
dx
x +
√
x2 ± a2
x +
√
x2 ± a2
√
x2 ± a2
=
Z
dx
x +
√
x2 ± a2
1 +
x
√
x2 ± a2
=
Z
du
u
= ln |u| + C
= ln
76. + C;
5 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022
77. Métodos de Integração
Integração por Substituição
Exemplos
Tabela de integrais imediatas
Referências
M. B. Gonçalves and D. M. Flemming.
Cálculo A.
Pearson Education, 5 edition, 2007.
H. L. Guidorizzi.
Um curso de cálculo, volume 1.
Grupo Gen-LTC, 5 edition, 2000.
A. Howard.
Cálculo, um novo horizonte, volume 1.
Bookman, Porto Alegre, 2000.
E. L. Lima.
Curso de Análise, volume 1.
IMPA, Rio de Janeiro, 2000.
J. Stewart.
Cálculo, volume 1.
Cengage Learning, São Paulo, 6 edition, 2009.
6 CETEC Paulo Henrique Ribeiro do Nascimento 13 de julho de 2022