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Integrais trigonométricas

Integral de cos x: fórmula, dedução e exemplos

A integral de cos x é sen x + C. Veja por que não há sinal de menos, a área de um arco, cos(ax + b) por substituição e exemplos de integrais definidas.

Integrais trigonométricas Atualizado 2 min de leitura

Visão geral

\int \cos x\,dx = \sin x + C
Primitiva
\sin x + C
Área de um arco
\int_{-\pi/2}^{\pi/2}\cos x\,dx = 2
Período completo
\int_0^{2\pi}\cos x\,dx = 0
Forma linear
\int\cos(ax + b)\,dx = \dfrac{1}{a}\sin(ax + b) + C
Verificação
\dfrac{d}{dx}\sin x = \cos x
Nesta página
  1. Gráfico de cos x e de sua primitiva
  2. Dedução, passo a passo
  3. Verificação por derivação
  4. Integrais definidas
  5. Variantes por substituição
  6. Exemplos resolvidos
  7. Erros comuns

A integral de \cos x é \sin x + C. Como a derivada de \sin x é exatamente \cos x, essa é uma das integrais mais limpas que existem.

\int \cos x\,dx = \sin x + C

Gráfico de cos x e de sua primitiva

Área sob y = cos x de -π/2 a π/2, com a primitiva y = sen x
O arco sombreado tem área \sin\frac{\pi}{2} - \sin\left(-\frac{\pi}{2}\right) = 2. A curva tracejada y = \sin x sobe de -1 a 1 no mesmo intervalo.

A primitiva \sin x atinge o máximo em x = \frac{\pi}{2}, exatamente onde \cos x passa de positivo para negativo.

Dedução, passo a passo

  1. Pergunte: qual função tem derivada \cos x?
  2. A derivada de sen x é \cos x.
  3. Então \sin x é uma primitiva de \cos x.
  4. Some C para incluir todas as primitivas: \sin x + C.

Aqui não é preciso corrigir sinal, ao contrário da integral de sen x.

Verificação por derivação

\frac{d}{dx}(\sin x + C) = \cos x \checkmark

Integrais definidas

Integral Valor
\int_0^{\pi/2}\cos x\,dx \sin\frac{\pi}{2} - \sin 0 = 1
\int_0^{\pi/6}\cos x\,dx \frac{1}{2}
\int_0^{\pi}\cos x\,dx 0
\int_{-\pi/2}^{\pi/2}\cos x\,dx 2

Como \cos x é par, \int_{-a}^{a}\cos x\,dx = 2\int_0^a\cos x\,dx = 2\sin a.

Variantes por substituição

Com u = ax + b:

\int\cos(ax + b)\,dx = \frac{1}{a}\sin(ax + b) + C

Por exemplo, \int\cos(4x - 1)\,dx = \frac{1}{4}\sin(4x - 1) + C e \int\cos(\pi x)\,dx = \frac{1}{\pi}\sin(\pi x) + C.

Quando a derivada da função de dentro aparece como fator, use a substituição (mudança de variável):

\int \cos x\,e^{\sin x}\,dx = e^{\sin x} + C \quad (u = \sin x)
\int \cos x\,\sin^3 x\,dx = \frac{\sin^4 x}{4} + C \quad (u = \sin x)
\int \frac{\cos(\sqrt{x})}{\sqrt{x}}\,dx = 2\sin(\sqrt{x}) + C \quad (u = \sqrt{x})

Na última, du = \frac{1}{2\sqrt{x}}dx, então \frac{dx}{\sqrt{x}} = 2\,du.

Exemplos resolvidos

Exemplo 1. \int(2\cos x - 3\sin x)\,dx = 2\sin x + 3\cos x + C. Repare como o menos na frente de \sin se combina com o menos de -\cos x e dá +3\cos x.

Exemplo 2. \int_0^{\pi/4}\cos(2x)\,dx = \left[\frac{1}{2}\sin(2x)\right]_0^{\pi/4} = \frac{1}{2}\sin\frac{\pi}{2} = \frac{1}{2}.

Exemplo 3: um problema de valor inicial. Se f'(x) = \cos x e f(0) = 3, então f(x) = \sin x + C e f(0) = C = 3, logo f(x) = \sin x + 3.

Exemplo 4: movimento harmônico simples. Se uma mola tem velocidade v(t) = 4\cos(2t) e posição s(0) = 0, então s(t) = 2\sin(2t). A amplitude é 2.

Erros comuns

  1. Escrever -\sin x. Essa é a derivada de \cos x, e não a integral.
  2. Esquecer de dividir por a. \int\cos(3x)\,dx = \frac{1}{3}\sin(3x) + C, e não \sin(3x) + C.
  3. Integrar \cos^2 x como \sin^2 x ou \frac{\cos^3 x}{3}. Potências de funções trigonométricas exigem identidades. Veja a integral de cos² x.
  4. Integrar \cos(x^2) como \frac{\sin(x^2)}{2x}. Não se pode dividir por uma derivada interna que depende da variável. \int\cos(x^2)\,dx não tem primitiva elementar.

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Perguntas frequentes

Qual é a integral de cos x?

A integral de \cos x é \sin x + C.

Qual é a integral de cos(2x)?

É \frac{1}{2}\sin(2x) + C. Verificação: a derivada de \frac{1}{2}\sin(2x) é \frac{1}{2}\cdot 2\cos(2x) = \cos(2x).

Qual é a integral de cos x de 0 a π?

É \sin\pi - \sin 0 = 0. A área acima do eixo em \left[0, \frac{\pi}{2}\right] cancela a área abaixo em \left[\frac{\pi}{2}, \pi\right].

A integral de cos x é igual a -sen x?

Não. -\sin x é a derivada de \cos x. A integral é +\sin x + C.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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