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Produtos e integração por partes

Integral de x cos x: fórmula, passo a passo e exemplos

A integral de x cos x é x sen x + cos x + C. Veja a integração por partes passo a passo, a verificação, um gráfico, integrais definidas e x² cos x.

Produtos e integração por partes Atualizado 3 min de leitura

Visão geral

\int x\cos x\,dx = x\sin x + \cos x + C
Primitiva
x\sin x + \cos x + C
Método
Integração por partes com u = x, dv = \cos x\,dx
De 0 a π/2
\frac{\pi}{2} - 1 \approx 0.571
De 0 a π
-2
Com cos(kx)
\int x\cos kx\,dx = \frac{x}{k}\sin kx + \frac{1}{k^2}\cos kx + C
Nesta página
  1. Gráfico de x cos x e de sua primitiva
  2. Como integrar x cos x passo a passo
  3. Verificação por derivação
  4. Integrais definidas
  5. Exemplos resolvidos
  6. Erros comuns

A integral de x\cos x é x\sin x + \cos x + C. Como x\sin x, é uma potência de x vezes uma função trigonométrica, então a integração por partes com u = x resolve em um passo.

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

Gráfico de x cos x e de sua primitiva

y = x cos x e sua primitiva x sen x + cos x
A área sombreada de 0 a \frac{\pi}{2} é \frac{\pi}{2} - 1 \approx 0.571. A primitiva tracejada tem picos e vales exatamente onde x\cos x corta o zero.

Como integrar x cos x passo a passo

Use a integração por partes, \int u\,dv = uv - \int v\,du.

  1. Escolha as partes. u = x e dv = \cos x\,dx.
  2. Ache du e v. du = dx e v = \sin x, pela integral de cos x.
  3. Aplique a fórmula. \int x\cos x\,dx = x\sin x - \int\sin x\,dx
  4. Termine. \int\sin x\,dx = -\cos x, e subtraí-la dá +\cos x: \int x\cos x\,dx = x\sin x + \cos x + C

u = x é a escolha certa porque sua derivada é 1, o que elimina o x. Escolher u = \cos x aumentaria a potência para x^2.

Verificação por derivação

\frac{d}{dx}\left(x\sin x + \cos x\right) = \sin x + x\cos x - \sin x = x\cos x

O \sin x da regra do produto cancela o -\sin x vindo de \cos x.

Integrais definidas

Seja F(x) = x\sin x + \cos x.

Integral Cálculo Valor
\int_0^{\pi/2} x\cos x\,dx \left(\frac{\pi}{2} + 0\right) - (0 + 1) \frac{\pi}{2} - 1
\int_0^{\pi} x\cos x\,dx (0 - 1) - (0 + 1) -2
\int_{\pi/2}^{3\pi/2} x\cos x\,dx \left(-\frac{3\pi}{2}\right) - \frac{\pi}{2} -2\pi
\int_{-a}^{a} x\cos x\,dx integrando ímpar 0

A última linha usa simetria: x\cos x é ímpar (uma função ímpar vezes uma par), então as áreas dos dois lados se cancelam.

Exemplos resolvidos

Exemplo 1: ângulo multiplicado. \int x\cos 3x\,dx. Com u = x e v = \frac{1}{3}\sin 3x:

\frac{x}{3}\sin 3x - \frac{1}{3}\int\sin 3x\,dx = \frac{x}{3}\sin 3x + \frac{1}{9}\cos 3x + C

Exemplo 2: x ao quadrado. \int x^2\cos x\,dx. Primeira passada com u = x^2, v = \sin x:

\int x^2\cos x\,dx = x^2\sin x - 2\int x\sin x\,dx

A integral de x sen x é \sin x - x\cos x, então

\int x^2\cos x\,dx = x^2\sin x + 2x\cos x - 2\sin x + C

Exemplo 3: um fator linear. \int(2x - 1)\cos x\,dx. Com u = 2x - 1, du = 2\,dx:

(2x-1)\sin x - 2\int\sin x\,dx = (2x - 1)\sin x + 2\cos x + C

Exemplo 4: um coeficiente de Fourier. Em séries de Fourier aparecem integrais como \int_{-\pi}^{\pi}x\cos(nx)\,dx. O integrando é ímpar, então a resposta é 0 para todo número natural n, sem precisar de partes.

Exemplo 5: um produto escondido. \int x\cos^2 x\,dx. Escreva \cos^2 x = \frac{1 + \cos 2x}{2} (veja a integral de cos²x), e então

\int\frac{x}{2}\,dx + \frac{1}{2}\int x\cos 2x\,dx = \frac{x^2}{4} + \frac{x}{4}\sin 2x + \frac{1}{8}\cos 2x + C

Erros comuns

  1. Escrever x\sin x - \cos x. O que sobra é -\int\sin x\,dx = -(-\cos x) = +\cos x.
  2. Confundir com x\sin x. Aqui v = \sin x, sem troca de sinal; para x\sin x, v = -\cos x.
  3. Integrar fator por fator. \frac{x^2}{2}\sin x não é a resposta; derive para ver por quê.
  4. Esquecer o \frac{1}{k^2} no segundo termo quando o ângulo é kx.

Para mais prática, tente os exercícios de integração por partes.

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Perguntas frequentes

Qual é a integral de x cos x?

É x\sin x + \cos x + C.

Qual é a integral de x cos x de 0 a π?

É -2. A primitiva vale \pi\cdot 0 + \cos\pi = -1 em \pi e 0 + \cos 0 = 1 em 0, então a resposta é -1 - 1 = -2.

Qual é a integral de x² cos x?

É x^2\sin x + 2x\cos x - 2\sin x + C. Use partes duas vezes, começando com u = x^2.

Qual é a integral de x cos(3x)?

É \frac{x}{3}\sin 3x + \frac{1}{9}\cos 3x + C.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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