A integral imprópria é, geralmente, o último tipo de integral a ser apresentado, e não é por acaso, dado que para resolvê-la pode ser necessário utilizar tudo o que foi aprendido em cálculo até então. No entanto, estou aqui para tentar mostrar que, por mais que seja trabalhosa, ela não é um monstro de
O que é uma integral imprópria?
Basicamente, se trata de uma integral definida (que possui limites de integração), onde ao menos um dos limites de integração é infinito (ou menos infinito), ou um valor que não está está no domínio da função (que ao substituirmos na função que está sendo integrada, chegamos em uma indeterminação).
Exemplos de integrais impróprias:
1)
2)
3)
Podemos classificar a integral imprópria em três tipos, o primeiro é quando temos infinito ou menos infinito em pelo menos um dos limites de integração. O segundo é quando pelo menos um deles é um valor que não está no domínio da função, ou seja, que causaria uma indefinição ou indeterminação ao substituirmos na função. E o terceiro caso é a mistura dos anteriores.
Como resolver uma integral imprópria?
Começando pelo primeiro tipo de integral impríopria, identificamos qual limite de integração está tendendo a infinito, substituímos ele por uma letra qualquer, e calculamos o limite da integral, quando a letra tende a infinito. Antes de fazermos qualquer coisa, é interessante que calculemos a integral indefinida da função, pois mais cedo ou mais tarde, teremos que fazê-lo.
Exemplo 1: Calcule a integral definida abaixo
Na questão acima, o limite inferior tende à
Agora, substituímos o limite inferior por uma letra e calculamos o limite da integral quando ela tende à
Como já sabemos o valor da integral, substituímos na expressão
Em seguida, substituímos os limites de integração
Por fim, resolvemos o limite para acharmos o resultado da integral imprópria
Quando o resultado é um valor finito, como
Exemplo 2: Calcule a integral definida abaixo
Dessa vez, o limite superior é infinito, mas o processo será o mesmo, começando pelo cálculo da integral indefinida
Na sequência, substituímos
Quando o valor tende a infinito ou menos infinito, dizemos que a integral é divergente, em outras palavras, a área abaixo do gráfico tende a um valor infinito. Entretanto, é possível que a integral seja considerada divergente em outra situação: Quando não conseguimos calcular seu resultado, mas uma parte dela tende a infinito ou menos infinito (vocês irão entender melhor quando chegarmos em uma questão que caia nesta situação).
Exemplo 3: Calcule a integral definida abaixo
Os dois limites estão tendendo a infinito, o que fazer? Afinal, só conseguimos calcular o limite para uma letra só, então não é possível calcular? Utilizaremos uma propriedade de integral, que nos permite separar uma integral definida em duas integrais, a primeira vai do limite inferior até um valor intermediário e a segunda parte deste valor e termina no limite superior
Nós que escolhemos o valor intermediário, só que para facilitar nossa vida, é interessante que o valor seja pequeno ou que ao substituirmos na expressão, resulte em cálculos simples. Irei escolher
Em seguida, separamos a integral em duas, onde o novo limite superior da primeira será
Agora, substituímos os limites de integração infinitos por letras e calculamos os limites das integrais para essas letras tendendo aos seus respectivos valores
A partir daqui o processo será o mesmo, substituímos o valor da integral, em seguida substituímos os limites de integração e por fim, calculamos os limites
A integral do exemplo
Exemplo 4: Calcule a integral definida abaixo
Não temos limites de integração infinitos, no entanto, o valor do limite inferior não está no domínio da função que está sendo integrada, e podemos averiguar isso ao tentarmos calcular
Não conseguimos calcular um valor para a função, logo,
Agora, realizamos o processo que fizemos anteriormente
Acho importante interromper o cálculo aqui, pois não é tão óbvio saber o que acontece com o

Quando
A função é divergente, para o intervalo de integração compreendido entre
Exemplo 5: Calcule a integral definida abaixo
Assim como no exercício anterior, o valor, dentre os limites de integração, que não está no domínio da função é o
Então, já sabemos quem chamar de
Por fim, repetimos o processo para finalizar o exercício
Essa integral é divergente, entretanto, eu não precisava terminar o exercício para constatar isso, pois se ao menos um dos termos resultar em infinito ou menos infinito, a função como um todo irá divergir. Vale ressaltar, que a questão que estamos resolvendo, pede para calcular a integral, ela não pede para classificarmos em convergente ou divergente, então, é importante que você sempre preste atenção no enunciado, tanto para evitar cálculos desnecessários, como para não parar o cálculo antes da hora.
Exemplo 6: Calcule a integral definida abaixo
Talvez seja difícil visualizar se essa integral é imprópria, pois a função é cotangente (temos aqui uma integral trigonométrica), e para muitos, o gráfico dela ou seus valores para diferentes ângulos, são desconhecidos. Para nos ajudar a analisar a questão, vamos transformar cotangente em cosseno sobre seno
Se calcularmos
Só que para o ângulo de
Nessa situação, em que o valor problemático está entre os limites de integração, separamos a integral em duas, e o valor intermediário escolhido será justamente esse, que resulta na indefinição
Então, substituímos o limite de integração por alguma letra e calculamos os limites, como já fizemos antes
Vamos ver se você está atento, falta calcular alguma coisa? Espero que sua resposta tenha sido “a integral indefinida”
Por fim, terminamos de calcular a integral
Preciso parar a questão para te pedir que tenha muita cautela nesses cálculos envolvendo integrais impróprias, por mais que seja tentador sair cancelando os logaritmos e colocar na resposta que a integral converge para zero, a resposta estará errada. Vamos continuar calculando passo à passo e verificar
Chegamos em uma indeterminação, já que não há resposta para infinito menos infinito. Portanto, a integral é divergente, pois parte dela vai para infinito, mas não possui um valor numérico determinado.
Exemplo 7: Calcule a integral definida abaixo
Agora, irei lhes apresentar ao tipo
Antes de qualquer coisa, vamos calcular a integral indefinida
Os últimos dois exemplos deste artigo, terão resoluções extensas e cheias de detalhes, a chance de errar exercícios assim é muito alta, então, irei bem passo a passo. Comecemos separando a integral original em duas integrais, com a primeira indo de
Se olharmos para a integral da direita, podemos notar que tanto o limite superior, quanto o inferior são problemáticos (uma situação parecida com a que encontramos no exemplo
O próximo passo será substituir os limites de integração problemáticos por letras e calcular os limites das integrais para as letras tendendo aos seus respectivos valores
Substituímos então, o resultado da integral indefinida
Irei utilizar uma propriedade dos limites que me permite puxar para fora do limite uma constante que estiver multiplicando a função, pois esse sinal negativo pode nos atrapalhar futuramente
Chegou a hora de substituir os limites de integração
Por fim, resolvemos os limites
A integral é divergente e seu resultado é infinito positivo.
Exemplo 8: Calcule a integral definida abaixo
Por fim, mas não menos importante, temos a situação em que ambos os limites de integração são infinitos e há um valor problemático entre eles
Comecemos então, calculando a integral indefinida, que nesse caso, é facílima
Agora, separamos a integral de forma que o valor intermediário seja justamente o número problemático (pois dessa forma abordaremos as duas situações de uma vez só)
Nas duas integrais, os dois limites de integração são problemáticos, então, precisaremos separá-las em quatro integrais, e para isso, escolherei os valores intermediários
Como vocês já devem estar cansados de ver, irei substituir os valores problemáticos por letras e calcular os limites das integrais
Na sequência, substituímos o resultado da integral indefinida
Chegou a hora de substituirmos os limites de integração
Para finalizarmos com chave de ouro, resolvemos os limites
Caso a questão pedisse para determinarmos se a integral é convergente ou divergente, poderíamos parar o cálculo um pouco antes, mas decidi ir até o fim, pois há professores muito rigorosos pelo mundo afora. Nossa oitava e última integral é divergente, e não possui valor numérico determinado.
Abordei uma boa variedade de exercícios, mas as possibilidades são infinitas, e o nível de dificuldade das questões pode variar muito, pois quanto mais difícil for a integral indefinida, mais extenso será o cálculo.
Teste da comparação
Existem funções que não possuem primitivas. O cálculo das integrais dessas funções é complexo e exige técnicas avançadas ou computadores. Porém, é possível ter uma noção do que acontece com a área embaixo do gráfico delas, utilizando o chamado “teste da comparação”, que utiliza as integrais impróprias para analisar uma função como essa, de forma indireta. Farei um artigo específico para esse teste, pois ele é bem específico e um pouco difícil de entender.

Formado em Eletrotécnica pelo IFRN, além de ter cursos de Matemática Básica e Cálculo pela empresa Help Engenharia.