Integral de $$$\frac{1}{x^{2} \sqrt{a^{2} - x^{2}}}$$$ em relação a $$$x$$$
Calculadora relacionada: Calculadora de Integrais Definidas e Impróprias
Sua entrada
Encontre $$$\int \frac{1}{x^{2} \sqrt{a^{2} - x^{2}}}\, dx$$$.
Solução
Seja $$$x=\sin{\left(u \right)} \left|{a}\right|$$$.
Então $$$dx=\left(\sin{\left(u \right)} \left|{a}\right|\right)^{\prime }du = \cos{\left(u \right)} \left|{a}\right| du$$$ (os passos podem ser vistos »).
Além disso, segue-se que $$$u=\operatorname{asin}{\left(\frac{x}{\left|{a}\right|} \right)}$$$.
O integrando torna-se
$$$\frac{1}{x^{2} \sqrt{a^{2} - x^{2}}} = \frac{1}{a^{2} \sqrt{- a^{2} \sin^{2}{\left( u \right)} + a^{2}} \sin^{2}{\left( u \right)}}$$$
Use a identidade $$$1 - \sin^{2}{\left( u \right)} = \cos^{2}{\left( u \right)}$$$:
$$$\frac{1}{a^{2} \sqrt{- a^{2} \sin^{2}{\left( u \right)} + a^{2}} \sin^{2}{\left( u \right)}}=\frac{1}{a^{2} \sqrt{1 - \sin^{2}{\left( u \right)}} \sin^{2}{\left( u \right)} \left|{a}\right|}=\frac{1}{a^{2} \sqrt{\cos^{2}{\left( u \right)}} \sin^{2}{\left( u \right)} \left|{a}\right|}$$$
Supondo que $$$\cos{\left( u \right)} \ge 0$$$, obtemos o seguinte:
$$$\frac{1}{a^{2} \sqrt{\cos^{2}{\left( u \right)}} \sin^{2}{\left( u \right)} \left|{a}\right|} = \frac{1}{a^{2} \sin^{2}{\left( u \right)} \cos{\left( u \right)} \left|{a}\right|}$$$
A integral pode ser reescrita como
$${\color{red}{\int{\frac{1}{x^{2} \sqrt{a^{2} - x^{2}}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{1}{a^{2} \sin^{2}{\left(u \right)}} d u}}}$$
Aplique a regra do múltiplo constante $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ usando $$$c=\frac{1}{a^{2}}$$$ e $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{\sin^{2}{\left(u \right)}}$$$:
$${\color{red}{\int{\frac{1}{a^{2} \sin^{2}{\left(u \right)}} d u}}} = {\color{red}{\frac{\int{\frac{1}{\sin^{2}{\left(u \right)}} d u}}{a^{2}}}}$$
Reescreva o integrando em termos da cossecante:
$$\frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{\sin^{2}{\left(u \right)}} d u}}}}{a^{2}} = \frac{{\color{red}{\int{\csc^{2}{\left(u \right)} d u}}}}{a^{2}}$$
A integral de $$$\csc^{2}{\left(u \right)}$$$ é $$$\int{\csc^{2}{\left(u \right)} d u} = - \cot{\left(u \right)}$$$:
$$\frac{{\color{red}{\int{\csc^{2}{\left(u \right)} d u}}}}{a^{2}} = \frac{{\color{red}{\left(- \cot{\left(u \right)}\right)}}}{a^{2}}$$
Recorde que $$$u=\operatorname{asin}{\left(\frac{x}{\left|{a}\right|} \right)}$$$:
$$- \frac{\cot{\left({\color{red}{u}} \right)}}{a^{2}} = - \frac{\cot{\left({\color{red}{\operatorname{asin}{\left(\frac{x}{\left|{a}\right|} \right)}}} \right)}}{a^{2}}$$
Portanto,
$$\int{\frac{1}{x^{2} \sqrt{a^{2} - x^{2}}} d x} = - \frac{\sqrt{1 - \frac{x^{2}}{a^{2}}} \left|{a}\right|}{a^{2} x}$$
Simplifique:
$$\int{\frac{1}{x^{2} \sqrt{a^{2} - x^{2}}} d x} = - \frac{\sqrt{a^{2} - x^{2}}}{a^{2} x}$$
Adicione a constante de integração:
$$\int{\frac{1}{x^{2} \sqrt{a^{2} - x^{2}}} d x} = - \frac{\sqrt{a^{2} - x^{2}}}{a^{2} x}+C$$
Resposta
$$$\int \frac{1}{x^{2} \sqrt{a^{2} - x^{2}}}\, dx = - \frac{\sqrt{a^{2} - x^{2}}}{a^{2} x} + C$$$A