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Calculadora de Integração por Substituição de Weierstrass

Resolva seus problemas de matemática com nossa calculadora de Integração por Substituição de Weierstrass passo a passo. Melhore suas habilidades matemáticas com nossa extensa lista de problemas difíceis. Encontre todas as nossas calculadoras aqui.

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atanh
acoth
asech
acsch

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Aqui apresentamos um exemplo resolvido passo a passo de integração por substituição de weierstrass. Esta solução foi gerada automaticamente pela nossa calculadora inteligente:

$\int\frac{1}{1-cos\left(x\right)+sin\left(x\right)}dx$
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Podemos resolver a integral $\int\frac{1}{1-\cos\left(x\right)+\sin\left(x\right)}dx$ aplicando o método de substituição de Weierstrass (também conhecido como substituição universal ou substituição tangente de meio ângulo) que converte uma integral de funções trigonométricas em uma função racional de $t$ usando substituição

$t=\tan\left(\frac{x}{2}\right)$
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Portanto

$\sin x=\frac{2t}{1+t^{2}},\:\cos x=\frac{1-t^{2}}{1+t^{2}},\:\mathrm{e}\:\:dx=\frac{2}{1+t^{2}}dt$
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Substituindo na integral original, obtemos

$\int\frac{1}{1-\frac{1-t^{2}}{1+t^{2}}+\frac{2t}{1+t^{2}}}\frac{2}{1+t^{2}}dt$

Aplicamos a regra: $\frac{a}{b}\frac{c}{f}$$=\frac{ac}{bf}$, onde $a=1$, $b=1-\frac{1-t^{2}}{1+t^{2}}+\frac{2t}{1+t^{2}}$, $c=2$, $a/b=\frac{1}{1-\frac{1-t^{2}}{1+t^{2}}+\frac{2t}{1+t^{2}}}$, $f=1+t^{2}$, $c/f=\frac{2}{1+t^{2}}$ e $a/bc/f=\frac{1}{1-\frac{1-t^{2}}{1+t^{2}}+\frac{2t}{1+t^{2}}}\frac{2}{1+t^{2}}$

$\int\frac{2}{\left(1+\frac{-1+t^{2}}{1+t^{2}}+\frac{2t}{1+t^{2}}\right)\left(1+t^{2}\right)}dt$

O mínimo múltiplo comum (MMC) de uma soma de frações algébricas consiste no produto dos fatores comuns com o maior expoente e dos fatores não comuns

$M.M.C.=1+t^{2}$

Uma vez obtido o mínimo múltiplo comum (MMC), colocamos-o como denominador de cada fração, e no numerador de cada fração somamos os fatores que precisamos para completar

$\frac{1+t^{2}}{1+t^{2}}+\frac{-1+t^{2}}{1+t^{2}}+\frac{2t}{1+t^{2}}$

Combine e simplifique todos os termos da mesma fração com $1+t^{2}$ como denominador comum

$\int\frac{2}{\frac{2t^{2}+2t}{1+t^{2}}\left(1+t^{2}\right)}dt$

Aplicamos a regra: $a\frac{b}{c}$$=\frac{ba}{c}$, onde $a=1+t^{2}$, $b=2t^{2}+2t$ e $c=1+t^{2}$

$\int\frac{2}{2t^{2}+2t}dt$

Fatore o denominador por $2$

$\int\frac{2}{2\left(t^{2}+t\right)}dt$

Cancele o fator comum $2$ da fração

$\int\frac{1}{t^{2}+t}dt$
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Simplificando

$\int\frac{1}{t^{2}+t}dt$

Fatore o polinômio $t^{2}+t$ pelo seu máximo divisor comum (MDC): $t$

$\frac{1}{t\left(t+1\right)}$
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Reescreva a expressão $\frac{1}{t^{2}+t}$ que está dentro da integral na forma fatorada

$\int\frac{1}{t\left(t+1\right)}dt$
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Use o método de decomposição de frações parciais para decompor a fração $\frac{1}{t\left(t+1\right)}$ em $2$ frações mais simples

$\frac{1}{t\left(t+1\right)}=\frac{A}{t}+\frac{B}{t+1}$
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Precisamos encontrar os valores dos coeficientes $A, B$ para que a igualdade seja válida. O primeiro passo é se livrar do denominador multiplicando ambos os lados da equação da etapa anterior por $t\left(t+1\right)$

$1=t\left(t+1\right)\left(\frac{A}{t}+\frac{B}{t+1}\right)$
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Multiplicando polinômios

$1=\frac{t\left(t+1\right)A}{t}+\frac{t\left(t+1\right)B}{t+1}$
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Simplificando

$1=\left(t+1\right)A+tB$
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Atribuindo valores a $t$ obtemos o seguinte sistema de equações

$\begin{matrix}1=A&\:\:\:\:\:\:\:(t=0) \\ 1=-B&\:\:\:\:\:\:\:(t=-1)\end{matrix}$
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Prosseguimos para resolver o sistema de equações lineares

$\begin{matrix}1A & + & 0B & =1 \\ 0A & - & 1B & =1\end{matrix}$
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Reescrevemos os coeficientes em forma de matriz

$\left(\begin{matrix}1 & 0 & 1 \\ 0 & -1 & 1\end{matrix}\right)$
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Reduzimos a matriz original a uma matriz identidade usando o método de eliminação de Gauss-Jordan

$\left(\begin{matrix}1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & -1\end{matrix}\right)$
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A integral de $\frac{1}{t\left(t+1\right)}$ na forma decomposta é equivalente a

$\int\left(\frac{1}{t}+\frac{-1}{t+1}\right)dt$
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Expanda a integral $\int\left(\frac{1}{t}+\frac{-1}{t+1}\right)dt$ em $2$ integrais usando a regra da integral de uma soma de funções e, em seguida, resolva cada integral separadamente

$\int\frac{1}{t}dt+\int\frac{-1}{t+1}dt$
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Podemos resolver a integral $\int\frac{-1}{t+1}dt$ aplicando o método de integração por substituição ou mudança de variável. Primeiro, devemos identificar uma seção dentro da integral com uma nova variável (vamos chamá-la de $u$), que, quando substituída, torna a expressão dentro da integral mais simples. Podemos ver que $t+1$ é um bom candidato para ser substituído. A seguir, vamos definir a variável $u$ e atribuir a ela o candidato

$u=t+1$

Diferencie ambos os lados da equação $u=t+1$

$du=\frac{d}{dt}\left(t+1\right)$

Encontre a derivada

$\frac{d}{dt}\left(t+1\right)$

A derivada da soma de duas ou mais funções é equivalente à soma das derivadas de cada função separadamente

$\frac{d}{dt}\left(t\right)+\frac{d}{dt}\left(1\right)$

Aplicamos a regra: $\frac{d}{dx}\left(c\right)$$=0$, onde $c=1$

$\frac{d}{dt}\left(t\right)$

Aplicamos a regra: $\frac{d}{dx}\left(x\right)$$=1$, onde $x=t$

$1$
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Agora, para reescrever $dt$ em termos de $du$, precisamos encontrar a derivada de $u$. Portanto, precisamos calcular $du$, podemos fazer isso derivando a equação da etapa anterior

$du=dt$
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Substituímos $u$ e $dt$ na integral e depois simplificamos

$\int\frac{1}{t}dt+\int\frac{-1}{u}du$

Aplicamos a regra: $\int\frac{n}{x}dx$$=n\ln\left(x\right)+C$, onde $x=t$ e $n=1$

$\ln\left(t\right)$
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A integral $\int\frac{1}{t}dt$ resulta em: $\ln\left(t\right)$

$\ln\left(t\right)$

Aplicamos a regra: $\int\frac{n}{x}dx$$=n\ln\left(x\right)+C$, onde $x=u$ e $n=-1$

$-\ln\left(u\right)$

Substitua $u$ pelo valor que foi originalmente atribuído na substituição: $t+1$

$-\ln\left(t+1\right)$
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A integral $\int\frac{-1}{u}du$ resulta em: $-\ln\left(t+1\right)$

$-\ln\left(t+1\right)$
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Depois de juntar os resultados de todas as integrais individuais, obtemos

$\ln\left(t\right)-\ln\left(t+1\right)$
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Substitua $t$ pelo valor que foi originalmente atribuído na substituição: $\tan\left(\frac{x}{2}\right)$

$\ln\left(\tan\left(\frac{x}{2}\right)\right)-\ln\left(\tan\left(\frac{x}{2}\right)+1\right)$
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Como a integral que estamos resolvendo é uma integral indefinida, quando terminarmos de integrar devemos somar a constante de integração $C$

$\ln\left(\tan\left(\frac{x}{2}\right)\right)-\ln\left(\tan\left(\frac{x}{2}\right)+1\right)+C_0$

Resposta final para o problema

$\ln\left(\tan\left(\frac{x}{2}\right)\right)-\ln\left(\tan\left(\frac{x}{2}\right)+1\right)+C_0$

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