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Seja n um número natural. Calcule a área entre as curvas y = x^n e y = x^{n+1}.

Questão

Seja n um número natural. Calcule a área entre as curvas y = x^n e y = x^{n+1}.

Imagem 1

y=xny = x^n

Imagem 2

y=xn+1y = x^{n+1}

Alternativas

a) \frac{1}{n^2-(n+1)^2}

b) n^3+3n+2

c) \frac{1}{n^2}

d) 1

Resposta certa

e) \frac{1}{n^2+3n+2}

Explicação

Para encontrar a área entre as curvas, primeiro achamos os pontos de interseção:

xn=xn+1  ⇒  xn(1−x)=0x^n = x^{n+1}\;\Rightarrow\; x^n(1-x)=0 Logo, as interseções ocorrem em x=0x=0 e x=1x=1.

No intervalo 0<x<10<x<1, temos xn+1<xnx^{n+1}<x^n (pois xn+1=x⋅xnx^{n+1}=x\cdot x^n e 0<x<10<x<1), então a área é:

A=∫01(xn−xn+1) dxA=\int_0^1 \big(x^n - x^{n+1}\big)\,dx

Calculando:

A=∫01xn dx−∫01xn+1 dxA=\int_0^1 x^n\,dx - \int_0^1 x^{n+1}\,dx

A=[xn+1n+1]01−[xn+2n+2]01A=\left[\frac{x^{n+1}}{n+1}\right]_0^1 - \left[\frac{x^{n+2}}{n+2}\right]_0^1

A=1n+1−1n+2=(n+2)−(n+1)(n+1)(n+2)=1(n+1)(n+2)A=\frac{1}{n+1}-\frac{1}{n+2} = \frac{(n+2)-(n+1)}{(n+1)(n+2)} = \frac{1}{(n+1)(n+2)}

Como (n+1)(n+2)=n2+3n+2(n+1)(n+2)=n^2+3n+2, resulta:

A=1n2+3n+2A=\frac{1}{n^2+3n+2}

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