Integral de $$$\frac{\sqrt{x^{2} - 1}}{x}$$$
Calculadora relacionada: Calculadora de Integrais Definidas e Impróprias
Sua entrada
Encontre $$$\int \frac{\sqrt{x^{2} - 1}}{x}\, dx$$$.
Solução
Seja $$$x=\cosh{\left(u \right)}$$$.
Então $$$dx=\left(\cosh{\left(u \right)}\right)^{\prime }du = \sinh{\left(u \right)} du$$$ (os passos podem ser vistos »).
Além disso, segue-se que $$$u=\operatorname{acosh}{\left(x \right)}$$$.
Portanto,
$$$\frac{\sqrt{x^{2} - 1}}{x} = \frac{\sqrt{\cosh^{2}{\left( u \right)} - 1}}{\cosh{\left( u \right)}}$$$
Use a identidade $$$\cosh^{2}{\left( u \right)} - 1 = \sinh^{2}{\left( u \right)}$$$:
$$$\frac{\sqrt{\cosh^{2}{\left( u \right)} - 1}}{\cosh{\left( u \right)}}=\frac{\sqrt{\sinh^{2}{\left( u \right)}}}{\cosh{\left( u \right)}}$$$
Supondo que $$$\sinh{\left( u \right)} \ge 0$$$, obtemos o seguinte:
$$$\frac{\sqrt{\sinh^{2}{\left( u \right)}}}{\cosh{\left( u \right)}} = \frac{\sinh{\left( u \right)}}{\cosh{\left( u \right)}}$$$
Logo,
$${\color{red}{\int{\frac{\sqrt{x^{2} - 1}}{x} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{\sinh^{2}{\left(u \right)}}{\cosh{\left(u \right)}} d u}}}$$
Multiplique o numerador e o denominador por um cosseno hiperbólico e escreva todo o restante em termos do seno hiperbólico, usando a fórmula $$$\cosh^2\left(\alpha \right)=\sinh^2\left(\alpha \right)+1$$$ com $$$\alpha= u $$$:
$${\color{red}{\int{\frac{\sinh^{2}{\left(u \right)}}{\cosh{\left(u \right)}} d u}}} = {\color{red}{\int{\frac{\sinh^{2}{\left(u \right)} \cosh{\left(u \right)}}{\sinh^{2}{\left(u \right)} + 1} d u}}}$$
Seja $$$v=\sinh{\left(u \right)}$$$.
Então $$$dv=\left(\sinh{\left(u \right)}\right)^{\prime }du = \cosh{\left(u \right)} du$$$ (veja os passos »), e obtemos $$$\cosh{\left(u \right)} du = dv$$$.
Portanto,
$${\color{red}{\int{\frac{\sinh^{2}{\left(u \right)} \cosh{\left(u \right)}}{\sinh^{2}{\left(u \right)} + 1} d u}}} = {\color{red}{\int{\frac{v^{2}}{v^{2} + 1} d v}}}$$
Reescreva e separe a fração:
$${\color{red}{\int{\frac{v^{2}}{v^{2} + 1} d v}}} = {\color{red}{\int{\left(1 - \frac{1}{v^{2} + 1}\right)d v}}}$$
Integre termo a termo:
$${\color{red}{\int{\left(1 - \frac{1}{v^{2} + 1}\right)d v}}} = {\color{red}{\left(\int{1 d v} - \int{\frac{1}{v^{2} + 1} d v}\right)}}$$
Aplique a regra da constante $$$\int c\, dv = c v$$$ usando $$$c=1$$$:
$$- \int{\frac{1}{v^{2} + 1} d v} + {\color{red}{\int{1 d v}}} = - \int{\frac{1}{v^{2} + 1} d v} + {\color{red}{v}}$$
A integral de $$$\frac{1}{v^{2} + 1}$$$ é $$$\int{\frac{1}{v^{2} + 1} d v} = \operatorname{atan}{\left(v \right)}$$$:
$$v - {\color{red}{\int{\frac{1}{v^{2} + 1} d v}}} = v - {\color{red}{\operatorname{atan}{\left(v \right)}}}$$
Recorde que $$$v=\sinh{\left(u \right)}$$$:
$$- \operatorname{atan}{\left({\color{red}{v}} \right)} + {\color{red}{v}} = - \operatorname{atan}{\left({\color{red}{\sinh{\left(u \right)}}} \right)} + {\color{red}{\sinh{\left(u \right)}}}$$
Recorde que $$$u=\operatorname{acosh}{\left(x \right)}$$$:
$$\sinh{\left({\color{red}{u}} \right)} - \operatorname{atan}{\left(\sinh{\left({\color{red}{u}} \right)} \right)} = \sinh{\left({\color{red}{\operatorname{acosh}{\left(x \right)}}} \right)} - \operatorname{atan}{\left(\sinh{\left({\color{red}{\operatorname{acosh}{\left(x \right)}}} \right)} \right)}$$
Portanto,
$$\int{\frac{\sqrt{x^{2} - 1}}{x} d x} = \sqrt{x - 1} \sqrt{x + 1} - \operatorname{atan}{\left(\sqrt{x - 1} \sqrt{x + 1} \right)}$$
Adicione a constante de integração:
$$\int{\frac{\sqrt{x^{2} - 1}}{x} d x} = \sqrt{x - 1} \sqrt{x + 1} - \operatorname{atan}{\left(\sqrt{x - 1} \sqrt{x + 1} \right)}+C$$
Resposta
$$$\int \frac{\sqrt{x^{2} - 1}}{x}\, dx = \left(\sqrt{x - 1} \sqrt{x + 1} - \operatorname{atan}{\left(\sqrt{x - 1} \sqrt{x + 1} \right)}\right) + C$$$A