int_(0)^(15)x^2sqrt(a^2-x^2)dx?
Responda:
int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = (a^4pi)/16
Explicação:
Avalie:
int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx
Substituto:
x= asint
dx = a costdt
com t in [0,pi/2]
de modo a:
int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = int_0^(pi/2) a^2 sin^2t sqrt(a^2-a^2 sin^2t)acostdt
int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = a^4 int_0^(pi/2) sin^2t sqrt(1- sin^2t)costdt
Para se qualificar para o t in [0,pi/2] o cosseno é positivo, então:
sqrt(1- sin^2t) = cost
e depois:
int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = a^4 int_0^(pi/2) sin^2t cos^2tdt
Use agora as identidades trigonométricas:
sin 2theta = 2 sin theta cos theta
2sin^2 theta = 1- cos theta
Sun:
sin^2t cos^2tdt = 1/4 sin^2 2t = 1/8(1-cos4t)
e:
int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = a^4/8 int_0^(pi/2) (1-cos4t)dt
Usando agora a linearidade da integral:
int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = a^4/8 (int_0^(pi/2) dt - int_0^(pi/2) cos4tdt)
int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = a^4/8 [t - (sin 4t)/4]_0^(pi/2)
int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = (a^4pi)/16