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Integrais trigonométricas

Integral de sec² x: fórmula, dedução e exemplos

A integral de sec² x é tg x + C. Veja por que ela vem da derivada de tg x, a forma sec²(ax), integrais relacionadas como tg² x e cossec² x, e exemplos.

Integrais trigonométricas Atualizado 3 min de leitura

Visão geral

\int \sec^2 x\,dx = \tan x + C
Primitiva
\tan x + C
Também escrita como
\int\dfrac{1}{\cos^2 x}\,dx = \tan x + C
Forma linear
\int\sec^2(ax + b)\,dx = \dfrac{1}{a}\tan(ax + b) + C
Parceira com cossecante
\int\csc^2 x\,dx = -\cot x + C
De 0 a π/4
1
Nesta página
  1. Gráfico de sec² x e de sua primitiva
  2. Dedução
  3. Verificação por derivação
  4. Integrais definidas
  5. Variantes por substituição
  6. Integrais relacionadas
  7. Exemplo resolvido: duas respostas corretas
  8. Erros comuns

A integral de \sec^2 x é \tan x + C. Ela é a inversão direta da derivada de \tan x, então não há nada a calcular, apenas um fato a reconhecer.

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

Gráfico de sec² x e de sua primitiva

Área sob y = sec² x de 0 a π/4, com a primitiva y = tg x
A área sombreada é \tan\frac{\pi}{4} - \tan 0 = 1. A curva tracejada y = \tan x é mais íngreme onde \sec^2 x é maior, perto das assíntotas.

O menor valor de \sec^2 x é 1, em x = 0. Isso coincide com a inclinação de \tan x na origem.

Dedução

  1. Lembre a derivada de tg x: \frac{d}{dx}\tan x = \sec^2 x.
  2. Então \tan x é uma primitiva de \sec^2 x.
  3. Some C: \int\sec^2 x\,dx = \tan x + C.

Se você esqueceu por que \frac{d}{dx}\tan x = \sec^2 x, aplique a regra do quociente a \frac{\sin x}{\cos x}:

\frac{\cos x\cdot\cos x - \sin x\cdot(-\sin x)}{\cos^2 x} = \frac{1}{\cos^2 x} = \sec^2 x

Verificação por derivação

\frac{d}{dx}(\tan x + C) = \sec^2 x \checkmark

Integrais definidas

\int_0^{\pi/4}\sec^2 x\,dx = 1, \qquad \int_0^{\pi/3}\sec^2 x\,dx = \sqrt{3}, \qquad \int_{-\pi/4}^{\pi/4}\sec^2 x\,dx = 2

Qualquer intervalo que alcance \pm\frac{\pi}{2} dá uma integral imprópria divergente, porque \tan x \to \infty.

Variantes por substituição

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

Exemplo 1. \int\sec^2(5x)\,dx = \frac{1}{5}\tan(5x) + C.

Exemplo 2. \int x\sec^2(x^2)\,dx = \frac{1}{2}\tan(x^2) + C, com u = x^2.

Exemplo 3. \int\sec^2 x\,e^{\tan x}\,dx = e^{\tan x} + C, com u = \tan x.

Exemplo 4. \int\frac{\sec^2 x}{\tan x}\,dx = \ln\lvert\tan x\rvert + C, já que o numerador é a derivada do denominador.

Integrais relacionadas

As integrais trigonométricas de "quadrados" e "produtos" saem direto das derivadas trigonométricas:

Integral Resposta Vem de
\int\sec^2 x\,dx \tan x + C (\tan x)' = \sec^2 x
\int\csc^2 x\,dx -\cot x + C (\cot x)' = -\csc^2 x
\int\sec x\tan x\,dx \sec x + C (\sec x)' = \sec x\tan x
\int\csc x\cot x\,dx -\csc x + C (\csc x)' = -\csc x\cot x
\int\tan^2 x\,dx \tan x - x + C \tan^2 x = \sec^2 x - 1

A última linha é resolvida na página da integral de tg² x, e a terceira na página da integral de sec x tg x.

Exemplo resolvido: duas respostas corretas

Calcule \int\sec^2 x\tan x\,dx.

  • Com u = \tan x, du = \sec^2 x\,dx: a resposta é \frac{\tan^2 x}{2} + C.
  • Com u = \sec x, du = \sec x\tan x\,dx: o integrando é \sec x\cdot(\sec x\tan x), então a resposta é \frac{\sec^2 x}{2} + C.

As duas estão certas. Como \sec^2 x = \tan^2 x + 1, as duas respostas diferem só pela constante \frac{1}{2}, que o C absorve.

Erros comuns

  1. Usar a regra da potência: \frac{\sec^3 x}{3}. A regra da potência exige que a derivada de dentro, \sec x\tan x, esteja presente. Ela não está.
  2. Responder 2\sec x\cdot\sec x\tan x. Essa é a derivada de \sec^2 x.
  3. Confundir com \int\sec x\,dx. Essa vale \ln\lvert\sec x + \tan x\rvert + C. Veja a integral de sec x.
  4. Esquecer de dividir por a em \int\sec^2(ax)\,dx.

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Perguntas frequentes

Qual é a integral de sec² x?

A integral de \sec^2 x é \tan x + C.

Qual é a integral de 1/cos² x?

Como \frac{1}{\cos^2 x} = \sec^2 x, ela é \tan x + C.

Qual é a integral de sec²(3x)?

É \frac{1}{3}\tan(3x) + C.

Qual é a integral de sec² x tg x?

Com u = \tan x ela é \frac{\tan^2 x}{2} + C. Com u = \sec x você obtém \frac{\sec^2 x}{2} + C. As duas estão certas, pois diferem pela constante \frac{1}{2}.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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