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Aula 546 — Integrais trigonométricas

50 min

Objetivo geral

Integrar potências de funções trigonométricas usando identidades, quando a substituição direta não se aplica.

Objetivos específicos

  • Reconhecer que ∫sen2(x)dx não se resolve por substituição simples.
  • Aplicar a identidade de redução de potência sen2(x)=(1-cos(2x))/2 antes de integrar.
  • Integrar potências ímpares de seno/cosseno separando um fator e usando a identidade pitagórica.

Conhecimentos prévios

  • Integração por substituição, Aula 542 deste módulo.
  • Identidades trigonométricas, Módulo 24.

Recursos didáticos

  • Apresentação de slides — Possor_MatAula546_Apresentacao.pptx.
  • Quadro/lousa e material de escrita.
  • Wolfram Alpha e GeoGebra CAS, para verificar integrais e visualizar áreas e sólidos de revolução.

Desenvolvimento da aula

Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios

5 min · Ausubel — ativação de subsunçores

O professor pergunta: para calcular ∫sen2(x)dx, dá pra usar substituição direta, como u=sen(x)?

Problematização Inicial

5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipado

Escrever ∫sen2(x)dx no quadro e propor u=sen(x), du=cos(x)dx e perguntar se essa substituição funciona. Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): tentar aplicar substituição simples a ∫sen2(x)dx sem perceber que falta um fator cos(x) para fechar a substituição (ela funcionaria para ∫sen(x)cos(x)dx, mas não para sen2(x) sozinho) — para potências pares isoladas como sen2(x), a técnica correta é usar a identidade de redução de potência, não uma substituição.

Desenvolvimento Conceitual

20 min · Exposição dialogada

Apresentação dos slides 2 a 9: para ∫sen2(x)dx, a substituição u=sen(x) não fecha, pois falta o fator cos(x)dx=du; a técnica correta usa a identidade sen2(x)=(1-cos(2x))/2 (redução de potência), reescrevendo a integral como ∫(1-cos(2x))/2 dx=x/2-sen(2x)/4+C. Já para potências ÍMPARES, como ∫sen3(x)dx, separa-se um fator: sen3(x)=sen2(x)·sen(x)=(1-cos2(x))·sen(x), e a substituição u=cos(x) funciona perfeitamente (pois du=-sen(x)dx está disponível). Resolvendo a pergunta do Momento 2: não — falta um fator cos(x) para a substituição u=sen(x) funcionar; a técnica correta para sen2(x) é a identidade de redução de potência sen2(x)=(1-cos(2x))/2.

Resolução Guiada

10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento Proximal

Resolução guiada: calcular coletivamente ∫cos2(x)dx usando a identidade cos2(x)=(1+cos(2x))/2 (resultado x/2+sen(2x)/4+C). Em duplas: calcular ∫sen3(x)dx separando um fator e substituindo u=cos(x) (resultado -cos(x)+cos3(x)/3+C).

Exercícios de Fixação

7 min · Prática independente

Aplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano).

Síntese e Fechamento

3 min · Consolidação (fechamento circular)

Retomar a pergunta do Momento 1: não — a substituição u=sen(x) exige um fator cos(x)dx que não está presente; para ∫sen2(x)dx, a técnica correta é a identidade de redução de potência, não uma substituição direta.

Avaliação formativa

Ao longo da aula: perguntas rápidas de verificação (Momento 3) e observação direta durante a resolução guiada (Momento 4). Ao final: correção coletiva dos exercícios.

Lista de exercícios

1. Por que u=sen(x) não funciona diretamente para ∫sen2(x)dx?

Gabarito: Porque falta um fator cos(x)dx=du disponível na expressão.

2. Calcule ∫sen2(x)dx usando a identidade de redução de potência.

Gabarito: x/2-sen(2x)/4+C.

3. Calcule ∫cos2(x)dx.

Gabarito: x/2+sen(2x)/4+C.

4. Calcule ∫sen3(x)dx separando um fator.

Gabarito: -cos(x)+cos3(x)/3+C.

5. Encontre o erro: "∫sen2(x)dx se resolve com a substituição direta u=sen(x)".

Gabarito: Errado: falta o fator cos(x)dx para fechar a substituição; a técnica correta usa a identidade de redução de potência.