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