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Integrais Improprios, Notas de estudo de Urbanismo

- - - - - - -

Tipologia: Notas de estudo

Antes de 2010

Compartilhado em 19/04/2008

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cidao-max-9 🇧🇷

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MATE2 Licenciatura Engenharia Civil e Engenharia Geotécnica
Alzira Faria 1/4
1. Integrais Impróprios
A operação de integração pode ser estendida a intervalos a intervalos não limitados e/ou
a funções não limitadas recorrendo à noção de integral impróprio.
Podemos ter duas situações:
1. os limites de integração são infinitos, isto é, quando o intervalo de integração não é
limitado (Integrais Impróprios de 1º Espécie);
2. quando a função integranda não é limitada no intervalo de integração (Integrais
Impróprios de 2ª Espécie).
Por exemplo:
1. O integral +∞
0xdxe corresponde à área
abaixo do gráfico de x
e definida no
intervalo não limitado
[
[
+∞,0 .
2. O integral 1
0dx
x
1 corresponde à área abaixo do
gráfico da função não limitada x
1 definida no
intervalo
]]
1,0 .
Vamos, apenas estudar o integral de funções limitadas em domínios não limitados.
Para estudar o integral +∞
0xdxe vamos considerar o integral no intervalo
[
]
B,0 e
verificar se existe o limite deste integral quando
+
B. Assim, temos
[
]
()
(
)
11elimelimdxelimdxe B
B
B
0
x
B
B
0x
B
0x====
+∞
+∞
+∞
+ .
Como este limite existe e é finito podemos dizer que o integral +∞
0xdxe é convergente
para o valor 1.
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pf4

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1. Integrais Impróprios

A operação de integração pode ser estendida a intervalos a intervalos não limitados e/ou

a funções não limitadas recorrendo à noção de integral impróprio.

Podemos ter duas situações:

  1. os limites de integração são infinitos, isto é, quando o intervalo de integração não é

limitado (Integrais Impróprios de 1º Espécie);

  1. quando a função integranda não é limitada no intervalo de integração (Integrais

Impróprios de 2ª Espécie).

Por exemplo:

1. O integral ∫

+∞ (^) − 0

e x^ dx corresponde à área

abaixo do gráfico de e −^ x definida no

intervalo não limitado [ 0 , +∞[.

2. O integral ∫

1 0

dx x

corresponde à área abaixo do

gráfico da função não limitada x

definida no

intervalo ] 0 , 1 ].

Vamos, apenas estudar o integral de funções limitadas em domínios não limitados.

Para estudar o integral ∫

+∞ (^) − 0

e x^ dx vamos considerar o integral no intervalo [ 0 , B ] e

verificar se existe o limite deste integral quando B →+∞. Assim, temos

e dx lim e dx lim [ e ] lim ( e B ( 1 )) 1

B

B 0

x B

B 0

x (^0) B

x (^) = = − = − − − − = →+∞

− →+∞

− →+∞

  • ∞ −

Como este limite existe e é finito podemos dizer que o integral ∫

+∞ (^) − 0

e x^ dx é convergente

para o valor 1.

Definição 1.

Se f : [ a , +∞[ →ℜuma função integrável em qualquer intervalo da forma [ a , B ]com B > a.

Dizemos que (^) ∫ ( )

+∞ a

f xdx é convergente se existe e é finito (^) ∫ ( ) →+∞

B

B a

lim fxdx e dizemos que

∫ (^ )^ ∫ (^ ) →+∞

+∞

B a (^) B a

f xdx lim fxdx.

Se o integral não é convergente, dizemos que é divergente.

Exemplo 1.

Calcular (^) ∫

+∞ (^0) +^2

dx 1 x

[ ]

lim artg(B) artg( 0 )

lim arctg(x)

dx 1 x

dx lim 1 x

B

B 0 B

B (^0 2) B 0 2

π = − =

→+∞

→+∞

→+∞

+∞ ∫ ∫

Estudar a natureza de integral impróprio consiste em saber se ele é convergente ou

divergente.

Analogamente, se f : [−^ ∞ ,b [^ →ℜ é uma função integrável em qualquer intervalo da forma

[ A, b ]com A < b temos que (^) ∫ ( ) (^) ∫ ( ) − ∞ →+∞

b

A A

b f xdx lim fxdx.

Se f : ℜ→ℜ é uma função integrável em qualquer intervalo fechado e limitado de ℜ ,

também se define por (^) ∫ ( ) (^) ∫ ( ) (^) ∫ ( )

+∞ −∞

+∞ − ∞

0

0 f xdx fxdx fxdx se (^) ∫ ( ) −∞

0 f xdx e (^) ∫ ( )

+∞ 0

fxdx

forem convergentes.

Exercício propostos

Estude a natureza dos seguintes integrais impróprios:

  1. (^) ∫

+∞ 1 2

dx x

  1. (^) ∫

+∞ 1

dx x

  1. (^) ∫

+∞ (^) − 0

xe x^2 dx ;

( )

∫− (^) ∞ −

0 2 x 1

dx ;

( )

∫− (^) ∞ −

0

2

3 1 2 x

dx ;

  1. (^) ∫

+∞ − ∞ +

dx x 1

2 x 2

  1. dx 1 e

e 2 x

x

+∞ − ∞ +

  1. (^) ∫

+∞ (^1) +

dx x 1

x ( sugestão : x = t );

  1. (^) ∫ −∞

(^0) − 2 x xe dx ;

  1. dx e

x 41 (^) x