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Lição 7 — Integrais Impróprias: Intervalo Infinito

Integrais impróprias com limites de integração infinitos: definição por limite, convergência, teste da comparação, séries p e integrais gaussianas.

Usado em: Cálculo 2 — Unidade 1 · USP MAT0112 · ITA MA-012

∫a∞f(x) dx=lim⁡t→∞∫atf(x) dx\int_a^{\infty} f(x)\,dx = \lim_{t\to\infty}\int_a^t f(x)\,dx

Se o limite existe e é finito, a integral converge; caso contrário, diverge. Para ∫−∞∞\int_{-\infty}^{\infty} escolha um ponto de corte e some dois limites independentes.

Escolha sua porta

Notação rigorosa, derivação completa, hipóteses

Definições e critérios

Tipos de integrais impróprias de intervalo infinito

∫a∞f(x) dx=lim⁡t→∞∫atf(x) dx\int_a^\infty f(x)\,dx = \lim_{t\to\infty}\int_a^t f(x)\,dx ∫−∞bf(x) dx=lim⁡t→−∞∫tbf(x) dx\int_{-\infty}^b f(x)\,dx = \lim_{t\to-\infty}\int_t^b f(x)\,dx ∫−∞∞f(x) dx=∫−∞cf(x) dx+∫c∞f(x) dx(ambas devem convergir)\int_{-\infty}^\infty f(x)\,dx = \int_{-\infty}^c f(x)\,dx + \int_c^\infty f(x)\,dx \quad \text{(ambas devem convergir)}

Atenção: o valor principal de Cauchy lim⁡t→∞∫−ttf(x) dx\lim_{t\to\infty}\int_{-t}^t f(x)\,dx é diferente de ∫−∞∞f(x) dx\int_{-\infty}^\infty f(x)\,dx quando a integral diverge.

Integral-p

∫1∞dxxp={1p−1p>1divergep≤1\int_1^\infty\frac{dx}{x^p} = \begin{cases} \dfrac{1}{p-1} & p > 1 \\ \text{diverge} & p \leq 1 \end{cases}

Teste da comparação

Se 0≤f(x)≤g(x)0 \leq f(x) \leq g(x) para x≥ax \geq a:

  • Se ∫a∞g dx\displaystyle\int_a^\infty g\,dx converge, então ∫a∞f dx\displaystyle\int_a^\infty f\,dx converge.
  • Se ∫a∞f dx\displaystyle\int_a^\infty f\,dx diverge, então ∫a∞g dx\displaystyle\int_a^\infty g\,dx diverge.

Teste da comparação no limite

Se f,g>0f, g > 0 e lim⁡x→∞f(x)g(x)=L>0\displaystyle\lim_{x\to\infty}\frac{f(x)}{g(x)} = L > 0, então ∫a∞f\displaystyle\int_a^\infty f e ∫a∞g\displaystyle\int_a^\infty g têm o mesmo comportamento (ambas convergem ou ambas divergem).

Exemplos resolvidos


Exercícios

Bloco A — Cálculo direto

Bloco B — Testes de convergência

Bloco C — Nível ITA/USP

Para continuar

  • Stewart, J. — Cálculo, vol. 2, §7.8 — Cengage, 8ª ed.
  • Guidorizzi, H.L. — Um Curso de Cálculo, vol. 2, §7.1 — LTC, 5ª ed.
  • Apostol, T.M. — Calculus, vol. 1, §12.22 — Wiley, 2ª ed.
  • OpenStax — Calculus II, §3.7 — CC-BY (openstax.org)
  • Demidovich, B. — Problemas e Exercícios de Análise Matemática, §4.8 — Mir

Atualizado em 2026-05-28 · Autor(es): Clube da Matemática

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