Integral de x² eˣ: fórmula, passo a passo e exemplos
A integral de x² eˣ é (x² − 2x + 2)eˣ + C. Veja a integração por partes duas vezes, o atalho tabular, a verificação, um gráfico e o padrão de xⁿ eˣ.
Produtos e integração por partes Atualizado 3 min de leitura
Visão geral
- Primitiva
- (x^2 - 2x + 2)e^x + C
- Método
- Integração por partes duas vezes, ou o método tabular
- De 0 a 1
- e - 2 \approx 0.718
- Com e^(−x), de 0 a ∞
- \int_0^\infty x^2e^{-x}\,dx = 2
- Padrão
- \int x^3e^x\,dx = (x^3 - 3x^2 + 6x - 6)e^x + C
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A integral de x^2e^x é (x^2 - 2x + 2)e^x + C. Ela exige integração por partes duas vezes e é o exemplo padrão do método tabular.
Gráfico de x² eˣ e de sua primitiva
Como integrar x² eˣ passo a passo
Use a integração por partes, \int u\,dv = uv - \int v\,du, com a potência de x como u em cada passada.
- Primeira passada. u = x^2, dv = e^x\,dx, então du = 2x\,dx e v = e^x: \int x^2e^x\,dx = x^2e^x - 2\int xe^x\,dx
- Segunda passada. Você já sabe que \int xe^x\,dx = (x-1)e^x, pela integral de x eˣ. Se não souber, use u = x, dv = e^x\,dx de novo.
- Junte. x^2e^x - 2(x - 1)e^x + C = (x^2 - 2x + 2)e^x + C
O atalho tabular
Quando um fator chega a zero ao ser derivado e o outro é fácil de integrar repetidas vezes, monte uma tabela. Derive x^2 na coluna da esquerda, integre e^x na da direita e coloque sinais alternados:
| Sinal | Derivar | Integrar |
|---|---|---|
| + | x^2 | e^x |
| - | 2x | e^x |
| + | 2 | e^x |
| 0 | e^x |
Multiplique cada entrada da esquerda pela entrada da direita uma linha abaixo, usando o sinal da linha da esquerda:
A lição de partes repetidas e LIATE pratica esse método.
Verificação por derivação
Tudo se cancela, exceto x^2. Um bom jeito de lembrar a resposta: o polinômio p(x) = x^2 - 2x + 2 satisfaz p + p' = x^2.
Integrais definidas
De 0 a 1:
De −∞ a 0: quando x \to -\infty, (x^2 - 2x + 2)e^x \to 0, então a integral é 2 - 0 = 2.
Com uma exponencial decrescente. \int x^2e^{-x}\,dx = -(x^2 + 2x + 2)e^{-x} + C, então
Esse é um caso do resultado da função Gama, \int_0^\infty x^ne^{-x}\,dx = n!. Veja integrais impróprias para entender por que o limite no infinito é 0.
O padrão xⁿ eˣ
Cada potência a mais de x acrescenta uma linha à tabela:
| Integral | Resposta |
|---|---|
| \int e^x\,dx | e^x + C |
| \int xe^x\,dx | (x - 1)e^x + C |
| \int x^2e^x\,dx | (x^2 - 2x + 2)e^x + C |
| \int x^3e^x\,dx | (x^3 - 3x^2 + 6x - 6)e^x + C |
O polinômio é x^n menos sua derivada, mais sua segunda derivada e assim por diante, com sinais alternados.
Exemplos resolvidos
Exemplo 1: uma exponencial mais rápida. \int x^2e^{2x}\,dx. No método tabular, a coluna da direita é e^{2x}, \frac{1}{2}e^{2x}, \frac{1}{4}e^{2x}, \frac{1}{8}e^{2x}:
Exemplo 2: um polinômio de grau 2. \int(x^2 + 1)e^x\,dx. Aqui p = x^2 + 1, e o padrão dá (p - p' + p'')e^x = (x^2 + 1 - 2x + 2)e^x = (x^2 - 2x + 3)e^x + C.
Exemplo 3: uma substituição antes. \int x^3e^{x^2}\,dx. Seja w = x^2, dw = 2x\,dx, então a integral é \frac{1}{2}\int we^w\,dw = \frac{1}{2}(x^2 - 1)e^{x^2} + C.
Erros comuns
- Parar depois de uma passada. x^2e^x - 2\int xe^x\,dx ainda tem uma integral.
- Perder o fator 2. A primeira passada traz 2x, e o 2 multiplica todo o segundo resultado.
- Sinais errados na tabela. Os sinais alternam +, -, + a partir da primeira linha.
- Escolher u = e^x. A potência de x sobe em vez de descer.
Mais prática: os exercícios de integração por partes.
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