16/05/2021

Resolução da integral $\displaystyle \int \ln(ax+b)dx$

Lembra daquelas tabelas de integrais? Quando estudamos em nossa graduação, muitas vezes somente consultamos as tabelas e tomamos o resultado. Mas como esses resultados foram obtidos?

Este artigo faz parte de uma série de resoluções de integrais que venho fazendo para demonstrar os resultados que encontramos nessas tabelas.

Primeiramente a integral é resolvida passo-a-passo e em seguida é aplicada em exemplos. Para cada integral, utiliza-se técnicas específicas para sua resolução, que pode ser por substituição, por partes, por frações parciais ou substituição trigonométrica.

Nesta postagem, vamos demonstrar que:
$$
\int \ln(ax+b)\ dx = \left( \frac{b}{a}+x \right) \ln(ax+b) -x + C
$$
sendo $a$ e $b$ constantes, com $a \neq 0$ e $ax+b>0$.

resolucao-da-integral-de-ln-ax+b

Seja a integral:
$$
I = \int \ln(ax+b)\ dx
$$
Para o integrando $\ln(ax+b)$, fazemos a substituição $z=ax+b$. Assim, $dz=a\ dx$ e $\displaystyle dx=\frac{1}{a} dz$:
$$
I = \frac{1}{a} \int\ln(z)\ dz
$$
Para o integrando $\ln(z)$, utilizamos o método de integração por partes. Lembrando que:
$$
\int u\ dv = uv - \int v\ du \tag{1}
$$
Desta forma, fazemos $u=\ln(z)$ e $dv=dz$, para obtermos $\displaystyle du=\frac{1}{z}\ dz$ e $v=z$.
$$
\int u\ dv = z\ln(z) - \int z \cdot \frac{1}{z}\ dz\\
\ \\
\int u\ dv = z\ln(z) - \int dz
$$
Voltando à integral $I$:
$$
I = \frac{1}{a} \left[ z\ln(z)-\int dz \right]\\
\ \\
I = \frac{z\ln(z)}{a}-\frac{z}{a}+C
$$
Mas, $z=ax+b$, logo:
$$
I = \frac{(ax+b)\ln(ax+b)}{a} - \frac{(ax+b)}{a}+C\\
\ \\
I = \frac{(ax+b)\left(\ln(ax+b)-1\right)}{a}+C\\
\ \\
I = \left(\frac{ax+b}{a}\right) \left(\ln(ax+b)-1\right)+C\\
\ \\
I = \left( \frac{b}{a}+x \right) \ln(ax+b) - \left(\frac{b}{a}+x\right)+C\\
\ \\
I = \left( \frac{b}{a}+x \right) \ln(ax+b) - x + \left(C-\frac{b}{a}\right)\\
\ \\
I = \left( \frac{b}{a}+x \right) \ln(ax+b)-x+C
$$

Exemplo:

Vamos calcular a área sob a curva $f(x)=\ln(2x+1)$, no intervalo de $x=0$ a $x=1$.

resolucao-da-integral-definida-ln-ax+b

Para calcularmos a área sob a curva $f(x)$, utilizamos o conceito de integral definida:
$$
A = \int_0^1 \ln(2x+1)\ dx
$$
Utilizando o resultado obtido anteriormente, fazemos $a=2$ e $b=1$:
$$
A = \left[ \left(\frac{1}{2}+x\right) \ln(2x+1)-x \right]_0^1\\
\ \\
A = \left[ \left(\frac{1}{2}+1\right)\ln(3)-1 \right] - \left[ \left(\frac{1}{2}\right)\ln(1)\right]\\
\ \\
A = \left[ \frac{3}{2} \ln(3)-1\right]\\
\ \\
A \approx 0,6479
$$
Assim, a área desejada vale aproximadamente $0,6479$ unidades de área.

Links para este artigo:


Veja mais:

COMO REFERENCIAR ESSE ARTIGO: Título: Resolução da integral $\displaystyle \int \ln(ax+b)dx$. Publicado por Kleber Kilhian em 16/05/2021. URL: . Leia os Termos de uso.


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