Processing math: 100%

segunda-feira, 3 de junho de 2013

Assustado com aquela integral monstruosa que caiu na sua prova de cálculo? Se a resposta for sim, talvez uma dica pode acabar com todos os seus problemas para sempre.

Primeiramente vamos recordar o que é uma função par e uma função ímpar.


Uma função f é dita par se \forall x\in D_f   temos f(x)=f(-x) .
Analogamente
Uma função é dita ímpar se \forall x\in D_f   temos f(x)=-f(-x).

Queremos mostrar que integrais definidas em intervalos de integração simétricos tem seus cálculos facilitados  quando o estudante possui o conhecimento de funções pares e ímpares.

Vamos mostrar que  se f é uma função contínua em \,[ -a , a]\,,a>0 então:

\int_{-a}^{a} f(x)\,dx=2\int_{0}^{a} f(x) \,dx quando a função é par, ou seja, f(x)=f(-x)

Vemos que:
\int_{-a}^{a} f(x)\,dx=\int_{-a}^{0} f(x)\,dx +\int_{0}^{a} f(x)\,dx e sabemos que f(x)=f(-x)

Então \int_{-a}^{a} f(x)\,dx=\int_{-a}^{0} f(-x)\,dx+\int_{0}^{a} f(x)\,dx, fazendo mudança de variável em \int_{-a}^{0} f(-x)  temos:

 \int_{-a}^{a} f(x)\,dx=\int_{0}^{a}f(x)\,dx+\int_{0}^{a} f(x)\,dx
Logo

 \int_{-a}^{a} f(x)dx=2 \int_{0}^{a} f(x)dx quando f(x) é par

Obs: Para f(x)=f(-x)  , \int_{-a}^{0}f(x)\,dx=\int_{-a}^{0}f(-x)\,dx=\int_{0}^{-(-a)}f(u)\,du=\int_{0}^{a}f(x)\,dx .


Similarmente faremos no caso da função ímpar , ou seja, f(x)=-f(-x)

Queremos mostrar que  se f é contínua em \,[ -a , a ]\,,a>0\, , então:

\int_{-a}^{a}f(x)dx=0 quando f(x)=-f(-x)

Então

\int_{-a}^{a}f(x) dx=\int_{-a}^{0}f(x)dx+\int_{0}^{a}dx=-\int_{-a}^{0}f(-x)dx+\int_{0}^{a}f(x)dx

Fazendo a mudança de variável temos:

\int_{-a}^{a}f(x)\, dx=-\int_{0}^{a}f(x)\, dx+\int_{0}^{a}f(x) \,dx=0
Logo
\int_{-a}^{a}f(x)\, dx=0 quando f(x) é ímpar

Obs: Para f(x)=-f(-x)  , \int_{-a}^{0}f(x)\,dx=\int_{-a}^{0}-f(-x)\,dx=-\int_{0}^{-(-a)}f(u)\,du=-\int_{0}^{a}f(x)\,dx .


Agora o mais interessante ; as aplicações !

Aquela integral que você não faz ideia de onde surgiu, que tira sua noite de sono.

\int_{-10}^{10}x^{20} senx\, dx

Perceba que o intervalo é simétrico de -10 a 10 e outro detalhe x^{20} é uma função par e senx é uma função ímpar , além disso o produto de uma função par por uma função ímpar é uma função ímpar.

Pelo que mostramos \int_{-a}^{a}f(x) \,dx=0  quando f(x)=-f(-x)

A integral definida \int_{-10}^{10}x^{20} senx\, dx é zero !

Ah , se você tentasse por integração por partes, demoraria um tempo quase \infty .














Nenhum comentário:

Postar um comentário