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Produtos e integração por partes

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

A integral de x sen x é sen x − x cos x + C. Veja a integração por partes passo a passo, a verificação por derivação, um gráfico e exemplos como x² sen x.

Produtos e integração por partes Atualizado 3 min de leitura

Visão geral

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

A integral de x\sin x é \sin x - x\cos x + C. É uma potência de x vezes uma função trigonométrica, um problema clássico de integração por partes.

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

Gráfico de x sen x

y = x sen x com a área de 0 a π sombreada
O arco sombreado tem área exatamente \pi. O arco seguinte, de \pi a 2\pi, fica abaixo do eixo com área com sinal -3\pi, e cada arco posterior cresce 2\pi.

Como integrar x sen x passo a passo

A fórmula da integração por partes é \int u\,dv = uv - \int v\,du.

  1. Escolha as partes. u = x e dv = \sin x\,dx. Na regra LIATE, as algébricas vêm antes das trigonométricas.
  2. Ache du e v. du = dx e v = -\cos x, pela integral de sen x.
  3. Aplique a fórmula. \int x\sin x\,dx = x(-\cos x) - \int(-\cos x)\,dx = -x\cos x + \int\cos x\,dx
  4. Termine. \int\cos x\,dx = \sin x, então \int x\sin x\,dx = -x\cos x + \sin x + C

Se você escolher u = \sin x e dv = x\,dx, a integral que sobra é \int\frac{x^2}{2}\cos x\,dx, com uma potência maior. Esse é o sinal para trocar.

Verificação por derivação

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

Os termos com \cos x se cancelam, e a regra do produto aplicada a x\cos x fornece o x\sin x.

Integrais definidas

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

Integral Cálculo Valor
\int_0^{\pi/2} x\sin x\,dx F\!\left(\frac{\pi}{2}\right) - F(0) = 1 - 0 1
\int_0^{\pi} x\sin x\,dx F(\pi) - F(0) = \pi - 0 \pi
\int_\pi^{2\pi} x\sin x\,dx F(2\pi) - F(\pi) = -2\pi - \pi -3\pi
\int_0^{2\pi} x\sin x\,dx F(2\pi) - F(0) -2\pi

Em geral, o arco de k\pi a (k+1)\pi tem área (2k+1)\pi, com sinal (-1)^k. A área total (sem sinal) de 0 a 2\pi é \pi + 3\pi = 4\pi.

Exemplos resolvidos

Exemplo 1: ângulo multiplicado. \int x\sin 2x\,dx. Com u = x, dv = \sin 2x\,dx, v = -\frac{1}{2}\cos 2x:

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

Exemplo 2: x ao quadrado, com o método tabular. Para \int x^2\sin x\,dx, derive x^2 até chegar a 0 e integre \sin x ao lado, com sinais alternados:

Sinal Derivar Integrar
+ x^2 \sin x
- 2x -\cos x
+ 2 -\sin x
0 \cos x

Multiplique ao longo das diagonais:

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

Exemplo 3: um volume. Girando o primeiro arco de y = \sin x (de 0 a \pi) em torno do eixo y, o método das cascas cilíndricas dá

V = 2\pi\int_0^\pi x\sin x\,dx = 2\pi\cdot\pi = 2\pi^2

Veja o guia de volumes de revolução para a montagem.

Exemplo 4: ângulo deslocado. \int x\sin(x + 1)\,dx = \sin(x+1) - x\cos(x+1) + C, já que a expressão de dentro tem inclinação 1.

Erros comuns

  1. Errar o v. \int\sin x\,dx = -\cos x, e não \cos x. A maioria dos erros neste problema é de sinal.
  2. Perder o duplo negativo. -\int(-\cos x)\,dx = +\int\cos x\,dx.
  3. Escolher u = \sin x. A integral que sobra passa a ter x^2.
  4. Esquecer \frac{1}{k} e \frac{1}{k^2} com \sin kx. Derive sua resposta para conferir.

Compare com a integral de x cos x, que tem os mesmos passos com sinais diferentes. Mais prática no guia de integração por partes.

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Perguntas frequentes

Qual é a integral de x sen x?

É \sin x - x\cos x + C.

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

É \pi. A primitiva vale \sin\pi - \pi\cos\pi = \pi no limite superior e 0 no inferior.

Qual é a integral de x² sen x?

É -x^2\cos x + 2x\sin x + 2\cos x + C. Use partes duas vezes, ou o método tabular.

Qual é a integral de x sen(2x)?

É -\frac{x}{2}\cos 2x + \frac{1}{4}\sin 2x + C. Use partes com u = x e v = -\frac{1}{2}\cos 2x.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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