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Integrais trigonométricas

Integral de tg² x: fórmula, dedução e exemplos

A integral de tg² x é tg x - x + C. Veja como a identidade tg² x = sec² x - 1 faz todo o trabalho, além de tg²(ax), tg³ x e exemplos de integrais definidas.

Integrais trigonométricas Atualizado 2 min de leitura

Visão geral

\int \tan^2 x\,dx = \tan x - x + C
Primitiva
\tan x - x + C
Identidade usada
\tan^2 x = \sec^2 x - 1
De 0 a π/4
1 - \dfrac{\pi}{4} \approx 0.215
Forma linear
\int\tan^2(ax)\,dx = \dfrac{\tan(ax)}{a} - x + C
Parceira com cotangente
\int\cot^2 x\,dx = -\cot x - x + C
Nesta página
  1. Gráfico de tg² x e de sua primitiva
  2. Dedução, passo a passo
  3. Verificação por derivação
  4. Integrais definidas
  5. Variantes por substituição
  6. Potências maiores de tg
  7. Erros comuns

A integral de \tan^2 x é \tan x - x + C. Uma única identidade a transforma em duas integrais que você já conhece.

\int \tan^2 x\,dx = \tan x - x + C

Gráfico de tg² x e de sua primitiva

Área sob y = tg² x de 0 a π/4, com a primitiva y = tg x - x
A área sombreada é 1 - \frac{\pi}{4} \approx 0.215. A primitiva tracejada é plana na origem, porque \tan^2 0 = 0, e nunca decresce.

Dedução, passo a passo

  1. Parta da identidade pitagórica \sin^2 x + \cos^2 x = 1. Divida por \cos^2 x para obter \tan^2 x + 1 = \sec^2 x.
  2. Reorganize: \tan^2 x = \sec^2 x - 1.
  3. Substitua: \displaystyle\int\tan^2 x\,dx = \int\sec^2 x\,dx - \int 1\,dx.
  4. Use a integral de sec² x, \tan x, e a integral de uma constante, x.
  5. Junte: \tan x - x + C.

Verificação por derivação

\frac{d}{dx}(\tan x - x) = \sec^2 x - 1 = \tan^2 x \checkmark

Integrais definidas

\int_0^{\pi/4}\tan^2 x\,dx = \left(\tan\frac{\pi}{4} - \frac{\pi}{4}\right) - 0 = 1 - \frac{\pi}{4} \approx 0.215
\int_0^{\pi/3}\tan^2 x\,dx = \sqrt{3} - \frac{\pi}{3} \approx 0.685

Como \tan^2 x é par, \int_{-\pi/4}^{\pi/4}\tan^2 x\,dx = 2 - \frac{\pi}{2}.

Variantes por substituição

\int\tan^2(ax + b)\,dx = \frac{1}{a}\tan(ax + b) - x + C

Repare que só o termo com \tan recebe o fator \frac{1}{a}. O -x vem da integral da constante 1, que não tem função de dentro.

Exemplo 1. \int\tan^2(3x)\,dx = \frac{1}{3}\tan(3x) - x + C.

Exemplo 2. \int\tan^2\frac{x}{2}\,dx = 2\tan\frac{x}{2} - x + C.

Potências maiores de tg

A identidade \tan^2 x = \sec^2 x - 1 é a chave para qualquer potência de \tan x.

Exemplo 3: tg³ x.

\int\tan^3 x\,dx = \int\tan x(\sec^2 x - 1)\,dx = \int\tan x\sec^2 x\,dx - \int\tan x\,dx

A primeira parte dá \frac{\tan^2 x}{2} com u = \tan x. A segunda é a integral de tg x. Então

\int\tan^3 x\,dx = \frac{\tan^2 x}{2} - \ln\lvert\sec x\rvert + C

Exemplo 4: tg² x sec² x. Aqui u = \tan x funciona diretamente: \int\tan^2 x\sec^2 x\,dx = \frac{\tan^3 x}{3} + C. Esse é o único caso em que \frac{\tan^3 x}{3} é a resposta certa, porque o fator \sec^2 x está presente.

Exemplo 5: tg⁴ x. \tan^4 x = \tan^2 x(\sec^2 x - 1) = \tan^2 x\sec^2 x - \tan^2 x, então

\int\tan^4 x\,dx = \frac{\tan^3 x}{3} - \tan x + x + C

Erros comuns

  1. Responder \frac{\tan^3 x}{3}. Isso exige um fator \sec^2 x. Confira: sua derivada é \tan^2 x\sec^2 x.
  2. Responder \sec^2 x ou \ln^2\lvert\sec x\rvert. Nenhuma das duas, derivada, volta a \tan^2 x.
  3. Inverter a identidade. É \sec^2 x - 1, e não 1 - \sec^2 x. Teste em x = \frac{\pi}{4}: \tan^2 = 1 e \sec^2 - 1 = 2 - 1 = 1.
  4. Dividir o -x por a em \int\tan^2(ax)\,dx.

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Perguntas frequentes

Qual é a integral de tg² x?

É \tan x - x + C.

Qual é a integral de tg² x de 0 a π/4?

É \left(1 - \frac{\pi}{4}\right) - 0 = 1 - \frac{\pi}{4} \approx 0.215.

Qual é a integral de tg²(2x)?

É \frac{1}{2}\tan(2x) - x + C.

Qual é a integral de tg³ x?

Escreva \tan^3 x = \tan x\sec^2 x - \tan x. A resposta é \frac{\tan^2 x}{2} - \ln\lvert\sec x\rvert + C.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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