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Produtos e integração por partes

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

A integral de x ln x é (x²/2) ln x − x²/4 + C. Veja a integração por partes com u = ln x passo a passo, a verificação, um gráfico e a fórmula de xⁿ ln x.

Produtos e integração por partes Atualizado 3 min de leitura

Visão geral

\int x\ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4} + C
Primitiva
\frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4} + C
Método
Integração por partes com u = \ln x, dv = x\,dx
De 1 a e
\frac{e^2 + 1}{4} \approx 2.097
De 0 a 1
-\frac{1}{4}
Potência qualquer
\int x^n\ln x\,dx = \frac{x^{n+1}}{n+1}\ln x - \frac{x^{n+1}}{(n+1)^2} + C, n \ne -1
Nesta página
  1. Gráfico de x ln x com a área de 1 a e
  2. Como integrar x ln x passo a passo
  3. Verificação por derivação
  4. Integrais definidas
  5. A potência geral xⁿ ln x
  6. Exemplos resolvidos
  7. Erros comuns

A integral de x\ln x é \dfrac{x^2}{2}\ln x - \dfrac{x^2}{4} + C. É um produto de uma potência por um logaritmo, então a ferramenta é a integração por partes, com o logaritmo como u.

\int x\ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4} + C

Gráfico de x ln x com a área de 1 a e

y = x ln x com a área de 1 a e sombreada
A área sombreada é \frac{e^2 + 1}{4} \approx 2.097. Entre 0 e 1 a curva fica abaixo do eixo, e essa pequena região tem área com sinal -\frac{1}{4}.

Como integrar x ln x passo a passo

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

  1. Escolha as partes. u = \ln x e dv = x\,dx. Os logaritmos vêm primeiro na regra LIATE.
  2. Ache du e v. du = \frac{1}{x}\,dx e v = \frac{x^2}{2}.
  3. Aplique a fórmula. \int x\ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \int\frac{x^2}{2}\cdot\frac{1}{x}\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{1}{2}\int x\,dx
  4. Termine. \frac{1}{2}\int x\,dx = \frac{x^2}{4}, então \int x\ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4} + C

O momento-chave é o passo 3: o \frac{1}{x} de du cancela uma potência de x de v, deixando uma potência simples. Isso sempre acontece com um logaritmo como u.

Verificação por derivação

\frac{d}{dx}\left(\frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4}\right) = x\ln x + \frac{x^2}{2}\cdot\frac{1}{x} - \frac{x}{2} = x\ln x + \frac{x}{2} - \frac{x}{2} = x\ln x

A página da derivada de x ln x traz o cálculo no sentido direto.

Integrais definidas

De 1 a e:

\left[\frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4}\right]_1^e = \left(\frac{e^2}{2} - \frac{e^2}{4}\right) - \left(0 - \frac{1}{4}\right) = \frac{e^2}{4} + \frac{1}{4} = \frac{e^2+1}{4}

Isso dá cerca de 2.097.

De 0 a 1: ela é imprópria em 0 porque \ln x não está definido ali, mas x^2\ln x \to 0 quando x \to 0^+:

\int_0^1 x\ln x\,dx = \left(0 - \frac{1}{4}\right) - 0 = -\frac{1}{4}

A potência geral xⁿ ln x

Os mesmos passos com dv = x^n\,dx e v = \frac{x^{n+1}}{n+1} dão

\int x^n\ln x\,dx = \frac{x^{n+1}}{n+1}\ln x - \frac{x^{n+1}}{(n+1)^2} + C, \qquad n \ne -1
Integral Resposta
\int\ln x\,dx (n = 0) x\ln x - x + C
\int x^2\ln x\,dx \frac{x^3}{3}\ln x - \frac{x^3}{9} + C
\int\sqrt{x}\ln x\,dx \frac{2}{3}x^{3/2}\ln x - \frac{4}{9}x^{3/2} + C
\int\frac{\ln x}{x^2}\,dx (n = -2) -\frac{\ln x}{x} - \frac{1}{x} + C

Exemplos resolvidos

Exemplo 1: um cubo. \int x^3\ln x\,dx = \frac{x^4}{4}\ln x - \frac{x^4}{16} + C, pela fórmula geral com n = 3.

Exemplo 2: logaritmo de uma potência. \int x\ln(x^2)\,dx. Use \ln(x^2) = 2\ln x para x > 0:

2\int x\ln x\,dx = x^2\ln x - \frac{x^2}{2} + C

Exemplo 3: o caso n = −1. \int\frac{\ln x}{x}\,dx quebra a fórmula (ela dividiria por zero). Use u = \ln x, du = \frac{dx}{x}: \int u\,du = \frac{(\ln x)^2}{2} + C.

Exemplo 4: logaritmo ao quadrado. \int x(\ln x)^2\,dx. Partes com u = (\ln x)^2, dv = x\,dx dá \frac{x^2}{2}(\ln x)^2 - \int x\ln x\,dx, que você já conhece:

\frac{x^2}{2}(\ln x)^2 - \frac{x^2}{2}\ln x + \frac{x^2}{4} + C

Erros comuns

  1. Escolher u = x. Aí v exige \int\ln x\,dx, e a integral que sobra fica mais difícil que a original.
  2. Esquecer de simplificar \frac{x^2}{2}\cdot\frac{1}{x}. Isso é \frac{x}{2}, cuja integral é \frac{x^2}{4}, e não \frac{x^2}{2}.
  3. Integrar os fatores separadamente. \frac{x^2}{2}(x\ln x - x) não é a resposta.
  4. Usar a fórmula geral com n = -1. Veja o Exemplo 3.

Páginas relacionadas: a integral de ln x, a integral de x eˣ e o guia de integração por partes.

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Perguntas frequentes

Qual é a integral de x ln x?

É \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4} + C, que também pode ser escrita \frac{x^2}{4}(2\ln x - 1) + C.

Qual é a integral de x² ln x?

É \frac{x^3}{3}\ln x - \frac{x^3}{9} + C. Use partes com u = \ln x e dv = x^2\,dx.

Qual é a integral de x ln x de 0 a 1?

É -\frac{1}{4}. No limite inferior, \frac{x^2}{2}\ln x \to 0 quando x \to 0^+, então só sobra o -\frac{1}{4} do limite superior.

Por que escolher u = ln x e não u = x?

Com u = x você precisaria de v = \int\ln x\,dx = x\ln x - x, e a integral que sobra fica mais complicada. Com u = \ln x, du = \frac{1}{x}dx cancela uma potência de x e deixa uma potência simples para integrar.

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