A integração por partes ajuda a calcular integrais de produtos como xexx e^x ou xln⁡xx \ln x quando um dos fatores fica mais simples após a derivação. O objetivo não é usar uma fórmula sofisticada só por usar. O objetivo é transformar a integral original em outra mais fácil.

Ela vem da reversão da regra do produto. Se a nova integral não ficar mais simples, a integração por partes provavelmente não é a melhor escolha.

Fórmula da Integração por Partes

Se você escolhe uma função uu e uma parte diferencial dvdv, então

∫u dv=uv−∫v du\int u\,dv = uv - \int v\,du

Essa é a fórmula da integração por partes. Ela só é útil quando a nova integral ∫v du\int v\,du é mais fácil do que a original.

Por Que a Fórmula Funciona

Comece com a regra do produto escrita na forma diferencial:

d(uv)=u dv+v dud(uv) = u\,dv + v\,du

Integre os dois lados em relação a xx:

∫d(uv)=∫u dv+∫v du\int d(uv) = \int u\,dv + \int v\,du

Então

uv=∫u dv+∫v duuv = \int u\,dv + \int v\,du

e, reorganizando, obtemos

∫u dv=uv−∫v du\int u\,dv = uv - \int v\,du

Você não precisa deduzi-la de novo toda vez, mas é por isso que o sinal de menos aparece.

Como Escolher uu e dvdv

Escolha uu como a parte que fica mais simples após a derivação. Escolha dvdv como a parte que você consegue integrar sem muita dificuldade.

Uma heurística comum é LIATE: logarítmica, trigonométrica inversa, algébrica, trigonométrica, exponencial. Ela é apenas um guia, não uma regra, mas costuma ajudar quando mais de uma escolha parece razoável.

Na prática, a integração por partes é comum quando você vê:

  • um polinômio vezes exe^x ou uma função trigonométrica,
  • um logaritmo como ln⁡x\ln x, muitas vezes tratado como ln⁡x⋅1\ln x \cdot 1,
  • uma função trigonométrica inversa como arctan⁡x\arctan x.

A melhor verificação rápida é esta: depois de escolher uu, pergunte se dudu fica claramente mais simples. Se a resposta for não, tente outra escolha.

Exemplo Resolvido: ∫xln⁡x dx\int x \ln x\,dx

Este é um exemplo clássico porque ln⁡x\ln x fica muito mais simples quando você o deriva. Reescreva o integrando como um produto:

∫xln⁡x dx=∫(ln⁡x)(x) dx\int x \ln x\,dx = \int (\ln x)(x)\,dx

A condição importa aqui: ln⁡x\ln x está definido para x>0x > 0, então trabalhamos nesse domínio.

Escolha

u=ln⁡xdv=x dxu = \ln x \qquad dv = x\,dx

Então

du=1x dxv=x22du = \frac{1}{x}\,dx \qquad v = \frac{x^2}{2}

Aplique a fórmula:

∫xln⁡x dx=x22ln⁡x−∫x22⋅1x dx\int x \ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \int \frac{x^2}{2}\cdot \frac{1}{x}\,dx

Simplifique a integral restante:

∫xln⁡x dx=x22ln⁡x−12∫x dx\int x \ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{1}{2}\int x\,dx

Depois, integre:

∫xln⁡x dx=x22ln⁡x−12⋅x22+C\int x \ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{1}{2}\cdot \frac{x^2}{2} + C

Portanto, a resposta final é

∫xln⁡x dx=x22ln⁡x−x24+C\int x \ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4} + C

Derive o resultado para verificar:

ddx(x22ln⁡x−x24)=xln⁡x\frac{d}{dx}\left(\frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4}\right) = x\ln x

Essa verificação é a forma mais rápida de detectar erros de sinal.

Erros Comuns na Integração por Partes

  1. Escolher uu e dvdv de modo que a nova integral fique mais difícil do que a original.
  2. Esquecer o sinal de menos em uv−∫v duuv - \int v\,du.
  3. Derivar uu corretamente, mas integrar dvdv de forma incorreta.
  4. Esquecer que algumas expressões, como ln⁡x\ln x, vêm com condições de domínio.
  5. Supor que todo produto deve ser resolvido por integração por partes. Às vezes, substituição ou uma regra básica é melhor.

Quando a Integração por Partes É Útil

Use esse método quando o integrando tem uma estrutura que melhora após uma etapa de derivação. Casos típicos incluem:

  • polinômio vezes exponencial, como ∫xex dx\int x e^x\,dx,
  • polinômio vezes trigonométrica, como ∫xcos⁡x dx\int x \cos x\,dx,
  • logaritmos ou funções trigonométricas inversas multiplicados por 11 ou por outro fator simples.

Se o método não simplificar a integral, pare e reavalie. A integração por partes é útil porque reduz a complexidade, não porque a fórmula se aplica mecanicamente.

Tente um Problema Parecido

Tente

∫xsin⁡x dx\int x \sin x\,dx

Use o mesmo processo de decisão: escolha a parte que simplifica ao ser derivada, aplique a fórmula uma vez e depois derive sua resposta para verificar.

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