Lesson 84 — Technique: substitution (u-substitution)
Substitution u = g(x): inverse of the chain rule. The most widely used integration technique. Indefinite and definite versions. Pattern recognition.
Used in: 3.º ano do EM (17 anos) · Equiv. Math II japonês cap. 6 · Equiv. Klasse 12 alemã
Substituição: inversa da regra da cadeia. Quando o integrando contém o padrão f(g(x)) · g'(x), troque por u = g(x) e du = g'(x) dx. A integral nova deve ser mais simples.
Rigorous notation, full derivation, hypotheses
Teorema e procedimento
Teorema da mudança de variável
"A regra de substituição é o equivalente para integração da regra da cadeia para derivação." — OpenStax Calculus Vol. 1, §5.5
Demonstração. Se , pela regra da cadeia: . Logo é antiderivada de . Pelo TFC2:
Procedimento mecânico
Sinal de que a substituição vai funcionar
O integrando deve conter multiplicado pela derivada do "algo" (ou um múltiplo constante dessa derivada).
Exemplos de padrão:
| Integrando | ||
|---|---|---|
| (precisa ajuste ) | ||
| (ajuste ) |
Exemplos resolvidos
Exercise list
40 exercises · 10 with worked solution (25%)
- Ex. 84.1Application
Calcule usando .
Show solution
Use , : . B esqueceu dividir por 5. C errou o expoente. D subiu demais o expoente.Show step-by-step (with the why)
- Escolha , (sem fator de ajuste).
- Substitua: .
- Integre: .
- Volte: .
- Ex. 84.2Application
Calcule usando .
Show solution
Use , : . B esqueceu dividir. C errou o expoente (ficou em 5). D errou o denominador. - Ex. 84.3Application
Calcule usando .
Show solution
Use , : . B esqueceu o fator extra . C trocou o sinal. D errou o expoente. - Ex. 84.4ApplicationAnswer key
Calcule usando .
Show solution
Use , : . B esqueceu o fator . C trocou o sinal. D usou erroneamente.Show step-by-step (with the why)
- , , logo .
- Substitua: .
- Integre: .
- Volte: .
- Ex. 84.5Application
Calcule usando .
Show solution
Use , : . B esqueceu que . C usou antiderivada de . D não integrou. - Ex. 84.6Application
Calcule usando .
Show solution
Use , : . B perdeu o sinal. C dobrou o fator. D não integrou corretamente.Show step-by-step (with the why)
- , , logo .
- Substitua: .
- Integre: .
- Volte: .
- Ex. 84.7Understanding
Calcule usando .
Show solution
Use , : . B esqueceu o fator . C não integrou. D usou denominador errado. - Ex. 84.8ApplicationAnswer key
Calcule usando .
Show solution
Use , : . B esqueceu o fator . C errou o expoente. D é a derivada, não a antiderivada. - Ex. 84.9Challenge
Calcule usando (dica: ).
Show solution
Use , . Escreva . Então . B perdeu o primeiro termo. C e D usaram (válido mas dá forma diferente).Show step-by-step (with the why)
- Escreva via identidade pitagórica.
- Escolha , .
- Substitua: .
- Integre: .
- Ex. 84.10ChallengeAnswer key
Calcule usando (dica: ).
Show solution
Use , . Escreva . Então . B perdeu o sinal global. C confundiu a escolha de . D perdeu o termo linear. - Ex. 84.11Challenge
Calcule (use , escreva ).
Show solution
Use , , : . B ignorou o fator . C trocou o sinal. D não integrou.Show step-by-step (with the why)
- , , .
- Substitua: .
- Expanda: .
- Integre: .
- Volte: .
- Ex. 84.12Application
Calcule .
Show solution
Use , : . B perdeu o sinal e o fator . C perdeu o fator . D não integrou. - Ex. 84.13ApplicationAnswer key
Calcule .
Show solution
Use , : . B esqueceu o fator . C trocou o sinal. D usou denominador errado. - Ex. 84.14Application
Calcule .
Show solution
Use , : . B esqueceu o fator . C derivou. D usou mas não . - Ex. 84.15Application
Calcule .
Show solution
Use , : . B perdeu o sinal. C errou o expoente. D usou . - Ex. 84.16Application
Calcule .
Show solution
Use , : . B errou o expoente. C é a derivada. D misturou expoentes. - Ex. 84.17ApplicationAnswer key
Calcule .
Show solution
Use , : . B esqueceu dividir por . C trocou o sinal. D errou o expoente.Show step-by-step (with the why)
- , , logo .
- Substitua: .
- Integre: .
- Volte: .
- Ex. 84.18Understanding
Calcule (dica: ; use ).
Show solution
Use , . Escreva : . B omitiu o fator . C errou a forma. D omitiu o primeiro termo. - Ex. 84.19UnderstandingAnswer key
Calcule .
Show solution
Use , : integral contém . Então . B perdeu o fator . C errou a escolha de . D não integrou. - Ex. 84.20Application
Calcule .
Show solution
Use , : . B errou o expoente. C trocou o sinal. D não integrou o . - Ex. 84.21Application
Calcule .
Show solution
Use , : . B esqueceu o fator . C é a derivada. D errou o expoente. - Ex. 84.22Modeling
Calcule .
Show solution
Use , . Limites: , . . B usou o fator errado. C não ajustou. D confundiu com função ímpar.Show step-by-step (with the why)
- , , .
- Limites: , .
- .
- .
- Ex. 84.23Application
Calcule .
Show solution
Use , . Limites: , . . B esqueceu o fator . C usou fator errado. D não obteve . - Ex. 84.24ModelingAnswer key
Calcule .
Show solution
Use , . Limites: , . . B confundiu . C avaliou apenas em . D errou a antiderivada. - Ex. 84.25Application
Calcule .
Show solution
Use , . Limites: , . . B esqueceu o fator . C não obteve . D errou os limites transformados. - Ex. 84.26Application
Calcule .
Show solution
Use , . Limites: , . . B dobrou. C errou a forma. D confundiu com integral de função ímpar. - Ex. 84.27Application
Calcule .
Show solution
Use , . Limites: , . . Simplificando: . B e D ignoraram os limites corretamente. C errou a forma. - Ex. 84.28Understanding
Use mudança de variável para mostrar que . Qual é o valor?
Show solution
Use , . Limites: e . Logo . Os outros distractores erram os limites transformados. - Ex. 84.29UnderstandingAnswer key
Use mudança de variável para mostrar que . Qual é o valor?
Show solution
Use , . Limites: e . Alternativamente, use : limites ficam a , depois : limites a . A integral fica ; por simetria do enunciado, o exercício original usa como limite superior, tornando os limites de iguais a 0, e o resultado é 0. - Ex. 84.30ApplicationAnswer key
Calcule por substituição .
Show solution
Simplifique: . Então . Alternativamente, use , : . B trocou o sinal. C errou a potência. D confundiu o integrando. - Ex. 84.31Application
Calcule por substituição .
Show solution
Use , : . B perdeu o fator . C trocou o sinal. D não integrou.Show step-by-step (with the why)
- , , logo .
- Substitua: .
- Integre: .
- Volte: .
- Ex. 84.32Application
Calcule .
Show solution
Use , : . B esqueceu dividir por 3. C esqueceu o fator . D é a derivada. - Ex. 84.33Application
Calcule a antiderivada de .
Show solution
Use , : . B esqueceu o fator . C integrou como → com sinal errado. D não integrou. - Ex. 84.34Application
Calcule .
Show solution
Use , : . B errou o expoente. C é a derivada. D misturou os expoentes. - Ex. 84.35ApplicationAnswer key
Calcule .
Show solution
Use , : . B esqueceu o fator . C não integrou o denominador. D aplicou regra de potência a .Show step-by-step (with the why)
- , , logo .
- Substitua: .
- Integre: .
- Volte: .
- Ex. 84.36Modeling
Calcule pelo TFC com substituição .
Show solution
Use , . Limites: , . . Expressão exata: . B confundiu os limites. C errou o sinal. D afirmou ser zero. - Ex. 84.37Understanding
Compare os dois métodos para : (A) expandir o produto; (B) usar . As respostas são as mesmas?
Show solution
Expandindo: . Por substituição : . Expandindo: . Diferença: constante absorvida em . Ambas corretas. B e C são falsas. D ignora que constantes de integração diferem.Show step-by-step (with the why)
- Expansão: .
- Substituição : .
- Expanda a segunda: . Diferença : constante.
- Conclusão: mesma antiderivada com constantes diferentes. Ambas corretas.
- Ex. 84.38Application
Calcule .
Show solution
Use , : . B perdeu o sinal e usou em vez de . C perdeu o fator de . D não integrou. - Ex. 84.39Challenge
Calcule (use ).
Show solution
Use , : . B esqueceu o fator . C não integrou. D confundiu o argumento.Show step-by-step (with the why)
- Note que .
- Escolha , .
- Substitua: .
- Volte: .
- Ex. 84.40Modeling
Calcule usando (escreva ).
Show solution
Use , , : . Volte: . B ignorou o fator . C omitiu o segundo termo. D integrou apenas .Show step-by-step (with the why)
- , , .
- Substitua: .
- Integre: .
- Volte: .
Fontes
- Active Calculus — Boelkins · §5.1 · CC-BY-NC-SA. Motivação da substituição como desfazer a regra da cadeia.
- APEX Calculus — Hartman et al. · §6.1 · CC-BY-NC. Procedimento mecânico, ajuste de constante, integral definida com troca de limites.
- OpenStax Calculus Volume 1 · §5.5 · CC-BY-NC-SA. Teorema formal, exemplos com radicais e trigonometria, exercícios de integral definida.