Investigar as integrais impróprias seguintes.

Passo 1

Uma integral representa a área sob a curva da dada função que está como o integrando. A integral imprópria possui o mesmo ideal, no entanto ela é representada por uma área indefinida, visto que o intervalo de integração possui pelo menos um valor em que a função não está definida.

Por conta disso, a integral não pode ser resolvida diretamente, necessitando da aplicação de um limite e da substituição do intervalo de integração por um intervalo que conterá uma nova variável, esta que irá tender ao valor para o qual a função não é definida.

Passo 2

Dito isso, seguindo as dicas dadas tem-se:

∫ 0 ∞ 4 d x x + 1 = 4 l i m t → ∞ ∫ 0 t d x x + 1

Aplicando o método da substituição simples, podemos dizer que u = x + 1 , tal que d u = d x e a integral se dará por:

∫ d u u = ln ⁡ u

Retornando à variável original:

= 4 l i m t → ∞ ln ⁡ 1 + x | t 0

Substituindo os limites de integração:

= 4 l i m t → ∞ ln ⁡ 1 + t - ln ⁡ 1 = ∞

Passo 3

Ainda, dependendo do resultado da integral imprópria é possível tirar duas conclusões sobre o seu comportamento: caso o resultado seja um número inteiro, então o limite existe e a integral converge (é convergente); caso contrário e ela resulte em ± ∞ , o limite não existe e a integral diverge (é divergente).

Para este caso, o limite não existe e, logo, a integral é divergente.

Resposta

∫ 0 ∞ 4 d x x + 1 = ∞

A integral é divergente.

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