Um Curso de Cálculo, Volume 2

Hamilton Luiz Guidorizzi · Capítulo 14 de 108

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Um Curso de Cálculo, Volume 2

3 Extensões do Conceito de Integral

3.1 Integrais Impróprias

Estamos interessados, nesta seção, em dar um significado para os símbolos

 

De nição 1. Seja f integrável em [a, t], para todo t > a. De nimos

 

desde que o limite exista e seja nito. Tal limite denomina-se integral imprópria de f estendida ao

intervalo [a, +∞[.

Observação. Se for +∞ ou –∞ continuaremos a nos referir a

como uma integral imprópria e escreveremos

 

Se ocorrer um destes casos ou se o limite não existir, diremos que a integral imprópria é divergente.

Se o limite for nito, diremos que a integral imprópria é convergente.

 

Suponhamos f (x) ≥ 0 em [a, +∞[ e que f seja integrável em [a, t] para toda t

> a. Seja A o conjunto de todos (x, y) tais que 0 ≤ y ≤ f (x) e x ≥ a. Definimos a área de A por

 

Exemplo 1

 

Calcule

 

Solução

 

Como

 

resulta

Como , a integral imprópria é convergente.

 

Exemplo 2

 

A integral imprópria é convergente ou divergente? Justifique.

 

Solução

 

Assim,

 

Logo, a integral imprópria é divergente.

Exemplo 3

 

 

Suponha s > 0 e calcule

 

Solução

 

Assim

 

Por outro lado,

 

daí

 

Substituindo em vem

Daí

 

e, portanto,

 

Sendo sen u e cos u limitadas e (lembre-se de que estamos

supondo s > 0) resulta

 

e, portanto,

 

Assim,

 

De nição 2. Seja f integrável em [t, a] para todo t < a. De nimos

 

De nição 3. Seja f integrável em [– t, t], para todo t > 0. De nimos

desde que ambas as integrais do 2 o membro sejam convergentes.

 

 

Observação. o Com relação à de nição 3, se as duas integrais que ocorrem no 2 membro forem

iguais a +∞ (ou –∞), ou se uma delas for convergente e a outra +∞ (ou –∞), poremos

 

Exercícios 3.1

 

1. Calcule:

2. Calcule em que α é um real dado.

 

3. Calcule

4. Determine m para que semdo

 

5.

Determine k para que se tenha

6. Determine m para que em que

 

7. Sejam dados um real s > 0 e um natural n ≠ 0.

 

a) Verifique que

 

b) Mostre que

 

8. Sejam α e s, s > 0, reais dados. Verifique que