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Dois estudantes pensam na substituição de forma geométrica.

Confira este diálogo entre dois estudantes de cálculo (baseado em uma história real):

Devyn
Riley! A gente devia conseguir calcular algumas integrais geometricamente usando transformações de funções.
Riley
Parece uma ideia legal. Talvez, como sabemos que o gráfico de \(f(x) = \sqrt {1-x^2}\) é um semicírculo, obtemos uma elipse definida em \([-2,2]\) simplesmente esticando o gráfico de \(f\) por um fator de \(2\) na horizontal. A equação dessa elipse seria \[ g(x) =\sqrt {1-\left (\frac {x}{2}\right )^2} \]
Devyn
Exatamente! Então, como sabemos que \[ \int _{-1}^1 \sqrt {1-x^2} \d x = \frac {\pi }{2} \] geometricamente…
Riley
E sabemos que a área sob \(g\) em \([-2,2]\) é o dobro da área sob \(f\)…
Devyn and Riley
Devemos ter \[ \int _{-2}^2 \sqrt {1-(x/2)^2} \d x =\pi ! \]
Devyn and Riley
Falamos juntos!
Devyn
É como se a gente tivesse esticado todo o nosso sistema de coordenadas, e isso nos ajudou a resolver uma integral.
Riley
Nesse caso, tudo foi esticado por um fator constante de \(2\) na direção horizontal. Será que conseguiríamos dizer algo útil sobre casos em que esticamos o eixo \(x\) por uma quantidade diferente em cada ponto?
Devyn
Uau, essa ideia é bem maluca. Parece muito difícil. Como as derivadas medem quanto uma função estica um pedacinho do domínio, talvez a derivada entre em jogo aqui?
Riley
Hmmmm, mas não vejo exatamente como. Talvez devêssemos perguntar ao nosso monitor sobre isso?
Digamos que saibamos que \[ \int _1^4 f(x) \d x = 5. \] Então, usando essa ideia de transformação, podemos calcular \[ \int _a^b f(3x+1)\d x \] se \(a= \class{xm-answer}{\cssId{xm-answer-1}{\phantom{\rule{7em}{1.5em}}}}\) e \(b=\class{xm-answer}{\cssId{xm-answer-2}{\phantom{\rule{7em}{1.5em}}}}\). O valor da integral nesse intervalo é \(\class{xm-answer}{\cssId{xm-answer-3}{\phantom{\rule{7em}{1.5em}}}}\).