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INTEGRALES
ALGUNAS TÉCNICAS ELEMENTALES DE
INTEGRACIÓN YAPLICACIONES
Definición
Dadas dos funciones reales f y F definidas en un mismo dominio. La
función F es una función primitiva de f, si F tiene por derivada a f. Es
decir:
𝐹 𝑒𝑠 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑖𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑑𝑒 𝑓 ⇔ 𝐹′
= 𝑓
Si el dominio de una función es un intervalo, entonces el conjunto de
las primitivas de f es de la forma:
𝐹 𝑥 + 𝐶, 𝐶 ∈ ℝ
Al conjunto de las primitivas de una función f se llama integral
indefinida y al número real C se le denomina constante de integración
Notación
La notación:
𝒇 𝒙 ⅆ𝒙 = 𝑭 𝒙 + 𝑪
Donde C es un número real arbitrario, indica que F es una primitiva de f,
es decir, que F’(x) = f(x) en todo el dominio de la función.
Ejemplos
𝟐 ⅆ𝒙 = 𝟐𝒙 + 𝑪 𝑃𝑢𝑒𝑠 2𝑥 + 𝐶 ′
= 2
𝟑𝒙 𝟐 ⅆ𝒙 = 𝒙 𝟑 + 𝑪 𝑃𝑢𝑒𝑠 𝑥3
+ 𝐶 ′
= 3𝑥2
𝟒𝒕 ⅆ𝒕 = 𝟐𝒕 𝟐
+ 𝑪 𝑃𝑢𝑒𝑠 2𝑡2
+ 𝐶 ′
= 4𝑡
𝟗𝒕 𝟐
ⅆ𝒕 = 𝟑𝒕 𝟑
+ 𝑪 𝑃𝑢𝑒𝑠 3𝑡3 + 𝐶 ′ = 9𝑡2
Relación entre derivada e integral
La relación inversa entre derivada e integral puede representarse de
forma simbólica de las siguientes formas:
ⅆ
ⅆ𝒙
𝒇 𝒙 ⅆ𝒙 = 𝒇 𝒙
La derivada es la inversa de la
integración
𝒇′
𝒙 ⅆ𝒙 = 𝒇 𝒙 + 𝑪 La integral es la inversa de la
derivada
Reglas básicas de integración
𝑘 𝑑𝑥 = 𝑘𝑥 + 𝐶, 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑘 𝑒𝑠 𝑢𝑛𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
𝑘𝑓 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑘 𝑓 𝑥 𝑑𝑥
𝑓 𝑥 + 𝑔 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑓 𝑥 𝑑𝑥 + 𝑔 𝑥 𝑑𝑥
𝑓 𝑥 − 𝑔 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑓 𝑥 𝑑𝑥 − 𝑔 𝑥 𝑑𝑥
𝑥 𝑛
𝑑𝑥 =
𝑥 𝑛+1
𝑛 + 1
+ 𝐶, 𝑛 ≠ −1
Ejemplos I
5𝑥 𝑑𝑥 = 5 𝑥 𝑑𝑥 = 5
𝑥2
2
+ 𝐶 =
5
2
𝑥2
+ 𝐶
1
𝑥2 𝑑𝑥 = 𝑥−2
𝑑𝑥 = −𝑥−1
+ 𝐶
3
𝑥 𝑑𝑥 = 𝑥
1
3 𝑑𝑥 =
1
1
3
+ 1
𝑥
1
3
+1
+ 𝐶 =
3
4
𝑥
4
3 + 𝐶
𝑥 + 4 𝑑𝑥 = 𝑥 𝑑𝑥 + 4 𝑑𝑥 =
1
2
𝑥2
+ 4𝑥 + 𝐶
4𝑥3
− 5𝑥 + 2 𝑑𝑥 = 4𝑥3
𝑑𝑥 − 5𝑥 𝑑𝑥+ 2 𝑑𝑥 = 𝑥3
−
5
2
𝑥2
+ 2𝑥 + 𝐶
Ejemplos II
𝑥 + 1
𝑥
𝑑𝑥 =
𝑥
𝑥
+
1
𝑥
𝑑𝑥 = 𝑥1−
1
2 𝑑𝑥 + 𝑥−
1
2 𝑑𝑥 = 𝑥
1
2 𝑑𝑥 + 𝑥−
1
2 𝑑𝑥 =
En algunas ocasiones, reescribir las funciones a integrar puede
permitirnos solucionar la integral con más facilidad:
=
1
1 +
1
2
𝑥1+
1
2 +
1
1 −
1
2
𝑥1−
1
2 + 𝐶 =
2
3
𝑥
3
2 + 2𝑥
1
2 + 𝐶
Soluciones particulares
Si entendemos el cálculo de una integral indefinida como una ecuación
de la forma
𝒚 = 𝒇 𝒙 ⅆ𝒙 = 𝑭 𝒙 + 𝑪
No tiene una única solución, pues es un conjunto de funciones
desplazadas respecto al eje de ordenadas, por el parámetro C de la
solución.
Es posible obtener una única solución si tenemos un valor inicial
(condición inicial), es decir si conocemos el valor de F en algún punto.
Ejemplo
Encontrar la solución general de 𝑭′
𝒙 = 𝟑𝒙 − 𝟐 y la solución particular
cuando 𝑭 𝟏 = 𝟑
3x − 2 ⅆx = 3 x ⅆx − 2 ⅆx =
3
2
x2
− 2x + C
Para encontrar la función dada la condición
inicial, sustituimos el valor de x e igualamos al
valor de su imagen:
3
2
12
− 2 · 1 + 𝐶 = 3 ⇒
3
2
− 2 + 𝐶 = 3 ⇒ 𝐶 = 3 −
1
2
=
5
2
Por tanto, la función buscada es:
F x =
3
2
x2
− 2x +
5
2Familia de funciones F x =
3
2
x2
− 2x + C
Ejemplos
𝑥 + 3 𝑑𝑥 = 𝑥 𝑑𝑥 + 3 𝑑𝑥 =
1
2
𝑥2
+ 3𝑥 + 𝐶
𝑥3
+ 2 𝑑𝑥 = 𝑥3
𝑑𝑥 + 2 𝑑𝑥 =
1
4
𝑥4
+ 2𝑥 + 𝐶
3
𝑥 −
1
23
𝑥
𝑑𝑥 = 3
𝑥 𝑑𝑥 −
1
23
𝑥
𝑑𝑥 = 𝑥
1
3 𝑑𝑥 −
1
2
𝑥−
1
3 𝑑𝑥 =
=
1
1 +
1
3
𝑥
1
3+1
−
1
2
·
1
1 −
1
3
𝑥−
1
3+1
+ 𝐶 =
3
4
𝑥
4
3 −
3
4
𝑥
2
3 + 𝐶
Regla general de la potencia
Si u(x) es una función derivable en x, entonces:
𝑢 𝑛 ·
𝑑𝑢
𝑑𝑥
𝑑𝑥 = 𝑢 𝑛 𝑑𝑢 =
1
1 + 𝑛
𝑢 𝑛+1 + 𝐶, 𝑛 ≠ −1
Para poder utilizar esta regla primero hay que identificar la potencia y
posteriormente encontrar, si es que se encuentra, la derivada de la
base.
𝟓 𝟓𝒙 − 𝟐 𝟑
ⅆ𝒙 =
𝟏
𝟒
𝟓𝒙 − 𝟐 𝟒
+ 𝑪
𝑢 𝑥 = 5𝑥 − 2
𝑢′
𝑥 = 5
Ejemplos (regla de la potencia)
𝟐𝒙 𝒙 𝟐 − 𝟓 ⅆ𝒙 = 𝟐𝒙 𝒙 𝟐
− 𝟓
𝟏
𝟐 ⅆ𝒙 =
𝟏
𝟏 +
𝟏
𝟐
𝒙 𝟐
− 𝟓
𝟏+
𝟏
𝟐 =
𝟐
𝟑
𝒙 𝟐
− 𝟓
𝟑
𝟐 + 𝐂
𝑢 𝑥 = 𝑥2 − 5
𝑢′
𝑥 = 2𝑥
−𝟔𝒙
𝟏 − 𝟑𝒙 𝟐 𝟐
ⅆ𝒙 = −𝟔𝒙 𝟏 − 𝟑𝒙 𝟐 −𝟐
ⅆ𝒙 = −
𝟏
𝟑
𝟏 − 𝟑𝒙 𝟐 −𝟑
+ 𝑪
𝑢 𝑥 = 1 − 3𝑥2
𝑢′
𝑥 = −6𝑥
Integrales de funciones exponenciales
Si u(x) es una función derivable en x, entonces:
𝑒 𝑢
𝑑𝑢
𝑑𝑥
𝑑𝑥 = 𝑒 𝑢 𝑑𝑢 = 𝑒 𝑢 + 𝐶
Para poder utilizar esta regla hay que identificar la exponencial y la
derivada del exponente como factor.
Ejemplos (integrales de exponenciales)
2𝑒2𝑥 𝑑𝑥 = 𝑒2𝑥 + 𝐶
𝑒 𝑥 + 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑒 𝑥 𝑑𝑥 + 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑒 𝑥 +
1
2
𝑥2 + 𝐶
𝑒2𝑥+1
𝑑𝑥 =
2
2
𝑒2𝑥+1
𝑑𝑥 =
1
2
2𝑒2𝑥+1
𝑑𝑥 =
1
2
𝑒2𝑥+1
7𝑥𝑒−𝑥2
𝑑𝑥 = 7
−2
−2
𝑥𝑒−𝑥2
𝑑𝑥 = −
7
2
−2𝑥𝑒−𝑥2
𝑑𝑥 = −
7
2
𝑒−𝑥2
+ 𝐶
Funciones cuya integral es un logaritmo
Si u(x) es una función derivable en x, entonces:
𝑑𝑢
𝑑𝑥
𝑢 𝑥
𝑑𝑥 = 𝐿𝑛 𝑢 𝑥 + 𝐶
Ejemplos
3
𝑥
𝑑𝑥 = 3
1
𝑥
𝑑𝑥 = 3𝐿𝑛 𝑥 + 𝐶
𝑥
𝑥2
𝑑𝑥 =
2
2
𝑥
𝑥2
𝑑𝑥 =
1
2
2𝑥
𝑥2
𝑑𝑥 =
1
2
𝐿𝑛𝑥2 + 𝐶
1
3𝑥 + 1
𝑑𝑥 =
3
3
1
3𝑥 + 1
𝑑𝑥 =
1
3
3
3𝑥 + 1
𝑑𝑥 =
1
3
𝐿𝑛 3𝑥 + 1 + 𝐶
ALGUNAS TÉCNICAS DE
INTEGRACIÓN
Integración por partes y de funciones racionales
básicas
Integración por partes
Si u(x) y v(x) son funciones derivables en x, entonces:
𝑢 𝑑𝑣 = 𝑢 · 𝑣 − 𝑣𝑑𝑢
Esta técnica es interesante cuando hay que integrar un producto, o se
encuentran expresiones relacionadas con funciones logarítmicas o
exponenciales.
Dependiendo como se elija u y v la integral que queda pendiente
puede ser mas sencilla o complicada de resolver.
Ejemplo I
𝑢 = 𝑥 ⇒ 𝑑𝑢 = 𝑑𝑥
𝑑𝑣 = 𝑒 𝑥
𝑑𝑥 ⇒ 𝑣 = 𝑒 𝑥𝑢 𝑑𝑣 = 𝑢 · 𝑣 − 𝑣𝑑𝑢
𝑥𝑒 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑥 · 𝑒 𝑥 − 𝑒 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑥 · 𝑒 𝑥 − 𝑒 𝑥 + 𝐶 = 𝑒 𝑥 𝑥 − 1 + 𝐶
La elección de cada elemento en este método se realiza normalmente
en relación a la simplicidad de los elementos que resultan en la
integral.
Ejemplo II
𝑢 = 𝐿𝑛𝑥 ⇒ 𝑑𝑢 =
1
𝑥
𝑑𝑥
𝑑𝑣 = 𝑥2
𝑑𝑥 ⇒ 𝑣 =
1
3
𝑥3
El cálculo de la función v se realiza integrando, por lo que hay que
elegir dv de tal forma que la integral a realizar se calcule de forma
sencilla.
𝑢 𝑑𝑣 = 𝑢 · 𝑣 − 𝑣𝑑𝑢
𝑥2
𝐿𝑛𝑥 𝑑𝑥 =
1
3
𝑥3
· 𝐿𝑛𝑥 −
1
3
𝑥3
1
𝑥
𝑑𝑥 =
𝑥3 𝐿𝑛𝑥
3
−
1
3
𝑥2
𝑑𝑥 =
𝑥3 𝐿𝑛𝑥
3
−
1
9
𝑥3
Fracciones parciales
P x
Q x
=
𝑃(𝑥)
𝑥 − 𝑎1
𝑛1 · 𝑥 − 𝑎2
𝑛2 ··· 𝑥 − 𝑎 𝑚
𝑛 𝑚
𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑄(𝑥) =
𝑖=1
𝑚
𝑛𝑖
Podemos expresar el cociente de dos polinomios donde el polinomio numerador es de
menor grado que el grado del polinomio denominador en sumas de cocientes de
polinomios de menor grado.
Para realizar la descomposición se calculan las raíces del polinomio denominador.
Posteriormente, de descompone el cociente dependiendo de la multiplicidad de las raíces
(no se explica la descomposición en factores cuadráticos que es el caso general).
A cada factor del denominador le
corresponde la suma de fracciones
de la forma:
𝐴1
𝑥 − 𝑎𝑖
+
𝐴2
𝑥 − 𝑎𝑖
2 + ⋯ +
𝐴 𝑛𝑖
𝑥 − 𝑎𝑖
𝑛𝑖
Ejemplo I
𝑥 + 7
𝑥2 − 𝑥 − 6
El polinomio numerador tiene menor grado que
el polinomio denominador. Procedemos a
expresar el cociente con suma de fracciones
parciales.
𝑥2
− 𝑥 − 6 = 0 ⇒ 𝑥 =
1 ± 25
2
⇒
𝑥 = 3
𝑥 = −2
𝑥 + 7
𝑥2 − 𝑥 − 6
=
𝐴
𝑥 − 3
+
𝐵
𝑥 + 2
=
𝐴 𝑥 + 2 + 𝐵 𝑥 − 3
𝑥 + 2 𝑥 − 3
Igualamos la expresión racional a la suma de fracciones parciales,
atendiendo a la multiplicidad de las raíces:
Calculamos las raíces del
denominador:
Ejemplo I (continuación)
𝑥 + 7 = 𝐴 𝑥 + 2 + 𝐵 𝑥 − 3 ⇒
⇒
7 = 2𝐴 − 3𝐵 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑐𝑒𝑟𝑜
1 = 𝐴 + 𝐵 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑟 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜
⇒
𝐴 = 2
𝐵 = −1
Igualando los anteriores numeradores y posteriormente igualando cada
uno de los coeficientes de los polinomios:
𝑥 + 7
𝑥2 − 𝑥 − 6
=
2
𝑥 − 3
+
−1
𝑥 + 2
Por tanto la función racional puede expresarse como
Ejemplo II
1
𝑥 𝑥 − 1 2
El polinomio numerador tiene menor grado que
el polinomio denominador. Procedemos a
expresar el cociente con suma de fracciones
parciales (ya se encuentra el polinomio
denominador factorizado).
1
𝑥 𝑥 − 1 2
=
𝐴
𝑥
+
𝐵
𝑥 − 1
+
𝐶
𝑥 − 1 2
=
𝐴 𝑥 − 1 2
+ 𝐵𝑥 𝑥 − 1 + 𝐶𝑥
𝑥 𝑥 − 1 2
Igualando los coeficientes de los numeradores de ambas expresiones:
𝐴 + 𝐵 = 0 (𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 2)
−2𝐴 − 𝐵 + 𝐶 = 0 (𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 1)
𝐴 = 1 (𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠 𝑖𝑛𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠)
Ejemplo II (continuación)
Resolviendo el sistema lineal queda:
𝐴 = 1 ; 𝐵 = −1 𝑦 𝐶 = 1
1
𝑥 𝑥 − 1 2 =
1
𝑥
+
−1
𝑥 − 1
+
1
𝑥 − 1 2
Por tanto la función racional puede expresarse como
Integrales de funciones racionales
Una función racional es un cociente entre dos funciones polinómicas,
teniendo la forma:
P x
Q x
ⅆx
El método para resolver una de estas integrales pasa en primer lugar
por reducir esta expresión a otra equivalente, donde el polinomio
denominador tenga mayor grado que el polinomio del numerador. Esto
se puede conseguir dividiendo ambos polinomios.
Posteriormente, se procederá a expresar el cociente de polinomios
como suma de fracciones parciales.
Ejemplos I
𝑥 + 7
𝑥2 − 𝑥 − 6
𝑑𝑥 =
2
𝑥 − 3
+
−1
𝑥 + 2
𝑑𝑥 =
2
𝑥 − 3
𝑑𝑥 −
1
𝑥 + 2
𝑑𝑥 =
= 2𝐿𝑛 𝑥 − 3 − 𝐿𝑛 𝑥 + 2 + 𝐶
𝑥 + 7
𝑥2 − 𝑥 − 6
=
2
𝑥 − 3
+
−1
𝑥 + 2
Expresamos la función racional como
fracciones parciales
1
𝑥 𝑥 − 1 2
𝑑𝑥 =
1
𝑥
+
−1
𝑥 − 1
+
1
𝑥 − 1 2
𝑑𝑥 =
1
𝑥
𝑑𝑥 −
1
𝑥 − 1
𝑑𝑥 +
1
𝑥 − 1 2
𝑑𝑥 =
1
𝑥 𝑥 − 1 2
=
1
𝑥
+
−1
𝑥 − 1
+
1
𝑥 − 1 2
= 𝐿𝑛𝑥 − 𝐿𝑛 𝑥 − 1 − 𝑥 − 1 −1
+ 𝐶
Expresamos la función racional como
fracciones parciales
Ejemplos II
𝑥5 + 𝑥 − 1
𝑥4 − 𝑥3 𝑑𝑥 = 𝑥 + 1 +
𝑥3 + 𝑥 − 1
𝑥4 − 𝑥3 𝑑𝑥 = 𝑥 𝑑𝑥 + 𝑑𝑥 +
𝑥3 + 𝑥 − 1
𝑥4 − 𝑥3 𝑑𝑥 =
𝑥5
+ 𝑥 − 1
𝑥4 − 𝑥3
= 𝑥 + 1 +
𝑥3
+ 𝑥 − 1
𝑥4 − 𝑥3
=
𝑥2
2
+ 𝑥 +
𝑥3
+ 𝑥 − 1
𝑥4 − 𝑥3 𝑑𝑥 =
𝑥2
2
+ 𝑥 +
1
𝑥3 +
1
𝑥 − 1
𝑑𝑥 =
El polinomio del numerador de la función racional
tiene mayor grado que el denominador, por tanto,
dividimos
𝑥3
+ 𝑥 − 1
𝑥4 − 𝑥3
=
𝑥3
+ 𝑥 − 1
𝑥3 𝑥 − 1
=
1
𝑥3
+
1
𝑥 − 1
Expresamos la función racional que queda
por integrar con fracciones parciales
=
𝑥2
2
+ 𝑥 +
1
𝑥3 𝑑𝑥 +
1
𝑥 − 1
𝑑𝑥 =
𝑥2
2
+ 𝑥 −
1
2𝑥2 + 𝐿𝑛 𝑥 − 1 + 𝐶
ALGUNAS APLICACIONES
DE LA INTEGRAL
Integral definida y regla de Barrow
Teorema fundamental del cálculo
Si una función f continua en el intervalo [a,b] y f es mayor o igual que
cero y F , que mide el área sombreada, se encuentra definida en dicho
intervalo: entonces se verifica que F es derivable y su derivada
coincide con la función f para cualquier valor de intervalo [a,b].
Cálculo de áreas
Si una función f continua en el intervalo [a,b] y f es mayor o igual que
cero y deseamos calcular el área limitada por la función, el eje de
abcisas y las rectas verticales x=a y x=b, entonces podemos calcular
una función primitiva de f , (sea F) siendo el área F(b) – F(a).
a b
f(x) Área: F(b)-F(a)
siendo F una primitiva de f
Ejemplo
Cálculo del área del recinto limitado por la función 𝑓 𝑥 = −2𝑥2
+ 2, el
eje de abcisas y las rectas x = -1 y x = 1.
Puesto que la función es positiva en el intervalo
[-1,1], bastará con calcular una primitiva de la
función f.
𝐹 𝑥 = −2𝑥2
+ 2𝑑𝑥 = −
2
3
𝑥3
+ 2𝑥
𝐹 1 − 𝐹 −1 = −
2
3
13
+ 2 · 1 +
2
3
−1 3
− 2 · −1 =
8
3
unidades cuadradas
Área:
Integral definida
Si f es una función continua y mayor o igual que cero en el intervalo
[a,b], se llama integral definida de f entre a y b al área de la región
limitada por la curva y=f(x), el eje OX y las rectas verticales x=a y x=b.
Se representará por:
𝑎
𝑏
𝑓 𝑥 𝑑𝑥
Si f es una función continua y menor o igual que cero en el intervalo
[a,b], entonces 𝑎
𝑏
𝑓 𝑥 𝑑𝑥 será el opuesto del área anteriormente
descrita.
Si f es una función continua que va cambiando de signo a lo largo del
intervalo [a,b], es posible dividir el intervalo en otros mas pequeños
que cumplan con alguna de las anteriores condiciones.
Regla de Barrow
Si f es una función continua en el intervalo [a,b], y F es cualquier
primitiva de f entonces:
𝑎
𝑏
𝑓 𝑥 𝑑𝑥 = 𝐹 𝑏 − 𝐹(𝑎)
−1
1
𝑥3
𝑑𝑥 =
1
4
14
−
1
4
−1 4
= 0
𝑥3
𝑑𝑥 =
1
4
𝑥4
+ 𝐶
Primitiva
Teorema del valor medio del cálculo
integral
Si f es una función continua en el intervalo [a,b], existe un valor c
entre a y b tal que:
𝑎
𝑏
𝑓 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑓(𝑐)(𝑏 − 𝑎)
Al número f(c) se le llama valor medio de f del intervalo [a,b].
Cálculo de áreas entre dos curvas I
Vamos a calcular el área limitado por las
funciones 𝑓 𝑥 = 𝑥4
− 2𝑥3
y g 𝑥 = 𝑥2
Primero calculamos los puntos de corte entre
las dos funciones, resolvemos la ecuación 𝑥2
=
𝑥4 − 2𝑥2, por tanto:
𝑥4
− 3𝑥2
= 0 ⇒ 𝑥2
𝑥2
− 3 = 0 ⇒
𝑥 = 0
𝑥 = 3
𝑥 = − 3
Cómo la gráfica de g(x) queda por encima de la
gráfica de f(x), el área se pude calcular con la
siguiente integral:
− 3
3
𝑔 𝑥 − 𝑓(𝑥) 𝑑𝑥 =
− 3
3
−𝑥4
+ 3𝑥2
𝑑𝑥 = −
𝑥5
5
+ 𝑥3 3
− 3
=
12
5
3
Cálculo de áreas entre dos curvas II
Vamos a calcular el área limitado por las
funciones 𝑓 𝑥 = 𝑥2
− 4 y g 𝑥 = −𝑥2
− 2𝑥
entre los puntos x = -2.5 y x = 1
En este caso la función f queda por encima de
g en el intervalo [-2.5,-2] y al contrario en el
intervalo [-2,1]. Por tanto, el área puede
calcularse utilizando la siguiente suma:
−2.5
−2
𝑓 𝑥 − 𝑔 𝑥 𝑑𝑥 +
−2
1
𝑔 𝑥 − 𝑓 𝑥 𝑑𝑥
−2.5
−2
𝑓 𝑥 − 𝑔 𝑥 𝑑𝑥 =
−2.5
−2
𝑓 𝑥 − 𝑔 𝑥 𝑑𝑥 =
1
2
𝑥4
+ 𝑥2
− 4𝑥
−2
−2.5
=
5
6
−2
1
𝑔 𝑥 − 𝑓 𝑥 𝑑𝑥 = −
2
3
𝑥3
− 𝑥2
+ 4𝑥
1
−2
= 9
Solución:
5
6
+ 9 =
59
6
Cálculo del área entre OX y una curva
Vamos a calcular el área limitado por la
función 𝑓 𝑥 = 𝑥3 − 𝑥2 − 2𝑥 y el eje OX.
En este caso la función f queda por encima del eje
OX en el intervalo [-2,0], quedando por debajo en
el intervalo [0,1].
Por tanto el área vendrá definido por la integral:
Á𝑟𝑒𝑎 =
−1
0
𝑥3
− 𝑥2
− 2𝑥𝑑𝑥 +
0
2
𝑥3
− 𝑥2
− 2𝑥𝑑𝑥
Á𝑟𝑒𝑎 =
−1
0
𝑥3 − 𝑥2 − 2𝑥𝑑𝑥 +
0
2
𝑥3 − 𝑥2 − 2𝑥𝑑𝑥 =
1
4
𝑥4 −
1
3
𝑥3 − 𝑥2 0
−1
+
1
4
𝑥4
−
1
3
𝑥3
− 𝑥2 2
0
= −
1
4
−
1
3
+ 1 + 4 −
8
3
− 4 =
5
12
+ −
8
3
=
5
12
+
8
3
=
37
12
Cálculo del área entre OX y una función
impar I
Vamos a calcular el área limitado por la función 𝑓 𝑥 = 𝑥 𝑥2 − 4 y el
eje OX. Para este fin primero se comprueba que la función es impar:
𝑓 𝑥 = 𝑥 𝑥2 − 4 y 𝑓 −𝑥 = −𝑥 (−𝑥)2 − 4 = −𝑓(𝑥)
Como puede observarse, los punto de
corte con los ejes son (-2,0), (0,0) y (2,0).
Formándose dos áreas del mismo tamaño,
por tanto para el cálculo del total podemos
utilizar el doble del área limitada por la
función y el eje OX desde (0,0) hasta (2,0)
Cálculo del área entre OX y una función
impar II
Á𝑟𝑒𝑎 = 2
0
2
𝑥 4 − 𝑥2 𝑑𝑥 = 2 −
1
2
·
2
3
· 4 − 𝑥2 3 2
0
=
16
3

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Integral indefinida. Aplicaciones de la integral

  • 1. INTEGRALES ALGUNAS TÉCNICAS ELEMENTALES DE INTEGRACIÓN YAPLICACIONES
  • 2. Definición Dadas dos funciones reales f y F definidas en un mismo dominio. La función F es una función primitiva de f, si F tiene por derivada a f. Es decir: 𝐹 𝑒𝑠 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑖𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑑𝑒 𝑓 ⇔ 𝐹′ = 𝑓 Si el dominio de una función es un intervalo, entonces el conjunto de las primitivas de f es de la forma: 𝐹 𝑥 + 𝐶, 𝐶 ∈ ℝ Al conjunto de las primitivas de una función f se llama integral indefinida y al número real C se le denomina constante de integración
  • 3. Notación La notación: 𝒇 𝒙 ⅆ𝒙 = 𝑭 𝒙 + 𝑪 Donde C es un número real arbitrario, indica que F es una primitiva de f, es decir, que F’(x) = f(x) en todo el dominio de la función.
  • 4. Ejemplos 𝟐 ⅆ𝒙 = 𝟐𝒙 + 𝑪 𝑃𝑢𝑒𝑠 2𝑥 + 𝐶 ′ = 2 𝟑𝒙 𝟐 ⅆ𝒙 = 𝒙 𝟑 + 𝑪 𝑃𝑢𝑒𝑠 𝑥3 + 𝐶 ′ = 3𝑥2 𝟒𝒕 ⅆ𝒕 = 𝟐𝒕 𝟐 + 𝑪 𝑃𝑢𝑒𝑠 2𝑡2 + 𝐶 ′ = 4𝑡 𝟗𝒕 𝟐 ⅆ𝒕 = 𝟑𝒕 𝟑 + 𝑪 𝑃𝑢𝑒𝑠 3𝑡3 + 𝐶 ′ = 9𝑡2
  • 5. Relación entre derivada e integral La relación inversa entre derivada e integral puede representarse de forma simbólica de las siguientes formas: ⅆ ⅆ𝒙 𝒇 𝒙 ⅆ𝒙 = 𝒇 𝒙 La derivada es la inversa de la integración 𝒇′ 𝒙 ⅆ𝒙 = 𝒇 𝒙 + 𝑪 La integral es la inversa de la derivada
  • 6. Reglas básicas de integración 𝑘 𝑑𝑥 = 𝑘𝑥 + 𝐶, 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑘 𝑒𝑠 𝑢𝑛𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑘𝑓 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑘 𝑓 𝑥 𝑑𝑥 𝑓 𝑥 + 𝑔 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑓 𝑥 𝑑𝑥 + 𝑔 𝑥 𝑑𝑥 𝑓 𝑥 − 𝑔 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑓 𝑥 𝑑𝑥 − 𝑔 𝑥 𝑑𝑥 𝑥 𝑛 𝑑𝑥 = 𝑥 𝑛+1 𝑛 + 1 + 𝐶, 𝑛 ≠ −1
  • 7. Ejemplos I 5𝑥 𝑑𝑥 = 5 𝑥 𝑑𝑥 = 5 𝑥2 2 + 𝐶 = 5 2 𝑥2 + 𝐶 1 𝑥2 𝑑𝑥 = 𝑥−2 𝑑𝑥 = −𝑥−1 + 𝐶 3 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑥 1 3 𝑑𝑥 = 1 1 3 + 1 𝑥 1 3 +1 + 𝐶 = 3 4 𝑥 4 3 + 𝐶 𝑥 + 4 𝑑𝑥 = 𝑥 𝑑𝑥 + 4 𝑑𝑥 = 1 2 𝑥2 + 4𝑥 + 𝐶 4𝑥3 − 5𝑥 + 2 𝑑𝑥 = 4𝑥3 𝑑𝑥 − 5𝑥 𝑑𝑥+ 2 𝑑𝑥 = 𝑥3 − 5 2 𝑥2 + 2𝑥 + 𝐶
  • 8. Ejemplos II 𝑥 + 1 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑥 𝑥 + 1 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑥1− 1 2 𝑑𝑥 + 𝑥− 1 2 𝑑𝑥 = 𝑥 1 2 𝑑𝑥 + 𝑥− 1 2 𝑑𝑥 = En algunas ocasiones, reescribir las funciones a integrar puede permitirnos solucionar la integral con más facilidad: = 1 1 + 1 2 𝑥1+ 1 2 + 1 1 − 1 2 𝑥1− 1 2 + 𝐶 = 2 3 𝑥 3 2 + 2𝑥 1 2 + 𝐶
  • 9. Soluciones particulares Si entendemos el cálculo de una integral indefinida como una ecuación de la forma 𝒚 = 𝒇 𝒙 ⅆ𝒙 = 𝑭 𝒙 + 𝑪 No tiene una única solución, pues es un conjunto de funciones desplazadas respecto al eje de ordenadas, por el parámetro C de la solución. Es posible obtener una única solución si tenemos un valor inicial (condición inicial), es decir si conocemos el valor de F en algún punto.
  • 10. Ejemplo Encontrar la solución general de 𝑭′ 𝒙 = 𝟑𝒙 − 𝟐 y la solución particular cuando 𝑭 𝟏 = 𝟑 3x − 2 ⅆx = 3 x ⅆx − 2 ⅆx = 3 2 x2 − 2x + C Para encontrar la función dada la condición inicial, sustituimos el valor de x e igualamos al valor de su imagen: 3 2 12 − 2 · 1 + 𝐶 = 3 ⇒ 3 2 − 2 + 𝐶 = 3 ⇒ 𝐶 = 3 − 1 2 = 5 2 Por tanto, la función buscada es: F x = 3 2 x2 − 2x + 5 2Familia de funciones F x = 3 2 x2 − 2x + C
  • 11. Ejemplos 𝑥 + 3 𝑑𝑥 = 𝑥 𝑑𝑥 + 3 𝑑𝑥 = 1 2 𝑥2 + 3𝑥 + 𝐶 𝑥3 + 2 𝑑𝑥 = 𝑥3 𝑑𝑥 + 2 𝑑𝑥 = 1 4 𝑥4 + 2𝑥 + 𝐶 3 𝑥 − 1 23 𝑥 𝑑𝑥 = 3 𝑥 𝑑𝑥 − 1 23 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑥 1 3 𝑑𝑥 − 1 2 𝑥− 1 3 𝑑𝑥 = = 1 1 + 1 3 𝑥 1 3+1 − 1 2 · 1 1 − 1 3 𝑥− 1 3+1 + 𝐶 = 3 4 𝑥 4 3 − 3 4 𝑥 2 3 + 𝐶
  • 12. Regla general de la potencia Si u(x) es una función derivable en x, entonces: 𝑢 𝑛 · 𝑑𝑢 𝑑𝑥 𝑑𝑥 = 𝑢 𝑛 𝑑𝑢 = 1 1 + 𝑛 𝑢 𝑛+1 + 𝐶, 𝑛 ≠ −1 Para poder utilizar esta regla primero hay que identificar la potencia y posteriormente encontrar, si es que se encuentra, la derivada de la base.
  • 13. 𝟓 𝟓𝒙 − 𝟐 𝟑 ⅆ𝒙 = 𝟏 𝟒 𝟓𝒙 − 𝟐 𝟒 + 𝑪 𝑢 𝑥 = 5𝑥 − 2 𝑢′ 𝑥 = 5 Ejemplos (regla de la potencia) 𝟐𝒙 𝒙 𝟐 − 𝟓 ⅆ𝒙 = 𝟐𝒙 𝒙 𝟐 − 𝟓 𝟏 𝟐 ⅆ𝒙 = 𝟏 𝟏 + 𝟏 𝟐 𝒙 𝟐 − 𝟓 𝟏+ 𝟏 𝟐 = 𝟐 𝟑 𝒙 𝟐 − 𝟓 𝟑 𝟐 + 𝐂 𝑢 𝑥 = 𝑥2 − 5 𝑢′ 𝑥 = 2𝑥 −𝟔𝒙 𝟏 − 𝟑𝒙 𝟐 𝟐 ⅆ𝒙 = −𝟔𝒙 𝟏 − 𝟑𝒙 𝟐 −𝟐 ⅆ𝒙 = − 𝟏 𝟑 𝟏 − 𝟑𝒙 𝟐 −𝟑 + 𝑪 𝑢 𝑥 = 1 − 3𝑥2 𝑢′ 𝑥 = −6𝑥
  • 14. Integrales de funciones exponenciales Si u(x) es una función derivable en x, entonces: 𝑒 𝑢 𝑑𝑢 𝑑𝑥 𝑑𝑥 = 𝑒 𝑢 𝑑𝑢 = 𝑒 𝑢 + 𝐶 Para poder utilizar esta regla hay que identificar la exponencial y la derivada del exponente como factor.
  • 15. Ejemplos (integrales de exponenciales) 2𝑒2𝑥 𝑑𝑥 = 𝑒2𝑥 + 𝐶 𝑒 𝑥 + 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑒 𝑥 𝑑𝑥 + 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑒 𝑥 + 1 2 𝑥2 + 𝐶 𝑒2𝑥+1 𝑑𝑥 = 2 2 𝑒2𝑥+1 𝑑𝑥 = 1 2 2𝑒2𝑥+1 𝑑𝑥 = 1 2 𝑒2𝑥+1 7𝑥𝑒−𝑥2 𝑑𝑥 = 7 −2 −2 𝑥𝑒−𝑥2 𝑑𝑥 = − 7 2 −2𝑥𝑒−𝑥2 𝑑𝑥 = − 7 2 𝑒−𝑥2 + 𝐶
  • 16. Funciones cuya integral es un logaritmo Si u(x) es una función derivable en x, entonces: 𝑑𝑢 𝑑𝑥 𝑢 𝑥 𝑑𝑥 = 𝐿𝑛 𝑢 𝑥 + 𝐶
  • 17. Ejemplos 3 𝑥 𝑑𝑥 = 3 1 𝑥 𝑑𝑥 = 3𝐿𝑛 𝑥 + 𝐶 𝑥 𝑥2 𝑑𝑥 = 2 2 𝑥 𝑥2 𝑑𝑥 = 1 2 2𝑥 𝑥2 𝑑𝑥 = 1 2 𝐿𝑛𝑥2 + 𝐶 1 3𝑥 + 1 𝑑𝑥 = 3 3 1 3𝑥 + 1 𝑑𝑥 = 1 3 3 3𝑥 + 1 𝑑𝑥 = 1 3 𝐿𝑛 3𝑥 + 1 + 𝐶
  • 18. ALGUNAS TÉCNICAS DE INTEGRACIÓN Integración por partes y de funciones racionales básicas
  • 19. Integración por partes Si u(x) y v(x) son funciones derivables en x, entonces: 𝑢 𝑑𝑣 = 𝑢 · 𝑣 − 𝑣𝑑𝑢 Esta técnica es interesante cuando hay que integrar un producto, o se encuentran expresiones relacionadas con funciones logarítmicas o exponenciales. Dependiendo como se elija u y v la integral que queda pendiente puede ser mas sencilla o complicada de resolver.
  • 20. Ejemplo I 𝑢 = 𝑥 ⇒ 𝑑𝑢 = 𝑑𝑥 𝑑𝑣 = 𝑒 𝑥 𝑑𝑥 ⇒ 𝑣 = 𝑒 𝑥𝑢 𝑑𝑣 = 𝑢 · 𝑣 − 𝑣𝑑𝑢 𝑥𝑒 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑥 · 𝑒 𝑥 − 𝑒 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑥 · 𝑒 𝑥 − 𝑒 𝑥 + 𝐶 = 𝑒 𝑥 𝑥 − 1 + 𝐶 La elección de cada elemento en este método se realiza normalmente en relación a la simplicidad de los elementos que resultan en la integral.
  • 21. Ejemplo II 𝑢 = 𝐿𝑛𝑥 ⇒ 𝑑𝑢 = 1 𝑥 𝑑𝑥 𝑑𝑣 = 𝑥2 𝑑𝑥 ⇒ 𝑣 = 1 3 𝑥3 El cálculo de la función v se realiza integrando, por lo que hay que elegir dv de tal forma que la integral a realizar se calcule de forma sencilla. 𝑢 𝑑𝑣 = 𝑢 · 𝑣 − 𝑣𝑑𝑢 𝑥2 𝐿𝑛𝑥 𝑑𝑥 = 1 3 𝑥3 · 𝐿𝑛𝑥 − 1 3 𝑥3 1 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑥3 𝐿𝑛𝑥 3 − 1 3 𝑥2 𝑑𝑥 = 𝑥3 𝐿𝑛𝑥 3 − 1 9 𝑥3
  • 22. Fracciones parciales P x Q x = 𝑃(𝑥) 𝑥 − 𝑎1 𝑛1 · 𝑥 − 𝑎2 𝑛2 ··· 𝑥 − 𝑎 𝑚 𝑛 𝑚 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑄(𝑥) = 𝑖=1 𝑚 𝑛𝑖 Podemos expresar el cociente de dos polinomios donde el polinomio numerador es de menor grado que el grado del polinomio denominador en sumas de cocientes de polinomios de menor grado. Para realizar la descomposición se calculan las raíces del polinomio denominador. Posteriormente, de descompone el cociente dependiendo de la multiplicidad de las raíces (no se explica la descomposición en factores cuadráticos que es el caso general). A cada factor del denominador le corresponde la suma de fracciones de la forma: 𝐴1 𝑥 − 𝑎𝑖 + 𝐴2 𝑥 − 𝑎𝑖 2 + ⋯ + 𝐴 𝑛𝑖 𝑥 − 𝑎𝑖 𝑛𝑖
  • 23. Ejemplo I 𝑥 + 7 𝑥2 − 𝑥 − 6 El polinomio numerador tiene menor grado que el polinomio denominador. Procedemos a expresar el cociente con suma de fracciones parciales. 𝑥2 − 𝑥 − 6 = 0 ⇒ 𝑥 = 1 ± 25 2 ⇒ 𝑥 = 3 𝑥 = −2 𝑥 + 7 𝑥2 − 𝑥 − 6 = 𝐴 𝑥 − 3 + 𝐵 𝑥 + 2 = 𝐴 𝑥 + 2 + 𝐵 𝑥 − 3 𝑥 + 2 𝑥 − 3 Igualamos la expresión racional a la suma de fracciones parciales, atendiendo a la multiplicidad de las raíces: Calculamos las raíces del denominador:
  • 24. Ejemplo I (continuación) 𝑥 + 7 = 𝐴 𝑥 + 2 + 𝐵 𝑥 − 3 ⇒ ⇒ 7 = 2𝐴 − 3𝐵 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑐𝑒𝑟𝑜 1 = 𝐴 + 𝐵 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑟 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 ⇒ 𝐴 = 2 𝐵 = −1 Igualando los anteriores numeradores y posteriormente igualando cada uno de los coeficientes de los polinomios: 𝑥 + 7 𝑥2 − 𝑥 − 6 = 2 𝑥 − 3 + −1 𝑥 + 2 Por tanto la función racional puede expresarse como
  • 25. Ejemplo II 1 𝑥 𝑥 − 1 2 El polinomio numerador tiene menor grado que el polinomio denominador. Procedemos a expresar el cociente con suma de fracciones parciales (ya se encuentra el polinomio denominador factorizado). 1 𝑥 𝑥 − 1 2 = 𝐴 𝑥 + 𝐵 𝑥 − 1 + 𝐶 𝑥 − 1 2 = 𝐴 𝑥 − 1 2 + 𝐵𝑥 𝑥 − 1 + 𝐶𝑥 𝑥 𝑥 − 1 2 Igualando los coeficientes de los numeradores de ambas expresiones: 𝐴 + 𝐵 = 0 (𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 2) −2𝐴 − 𝐵 + 𝐶 = 0 (𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 1) 𝐴 = 1 (𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠 𝑖𝑛𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠)
  • 26. Ejemplo II (continuación) Resolviendo el sistema lineal queda: 𝐴 = 1 ; 𝐵 = −1 𝑦 𝐶 = 1 1 𝑥 𝑥 − 1 2 = 1 𝑥 + −1 𝑥 − 1 + 1 𝑥 − 1 2 Por tanto la función racional puede expresarse como
  • 27. Integrales de funciones racionales Una función racional es un cociente entre dos funciones polinómicas, teniendo la forma: P x Q x ⅆx El método para resolver una de estas integrales pasa en primer lugar por reducir esta expresión a otra equivalente, donde el polinomio denominador tenga mayor grado que el polinomio del numerador. Esto se puede conseguir dividiendo ambos polinomios. Posteriormente, se procederá a expresar el cociente de polinomios como suma de fracciones parciales.
  • 28. Ejemplos I 𝑥 + 7 𝑥2 − 𝑥 − 6 𝑑𝑥 = 2 𝑥 − 3 + −1 𝑥 + 2 𝑑𝑥 = 2 𝑥 − 3 𝑑𝑥 − 1 𝑥 + 2 𝑑𝑥 = = 2𝐿𝑛 𝑥 − 3 − 𝐿𝑛 𝑥 + 2 + 𝐶 𝑥 + 7 𝑥2 − 𝑥 − 6 = 2 𝑥 − 3 + −1 𝑥 + 2 Expresamos la función racional como fracciones parciales 1 𝑥 𝑥 − 1 2 𝑑𝑥 = 1 𝑥 + −1 𝑥 − 1 + 1 𝑥 − 1 2 𝑑𝑥 = 1 𝑥 𝑑𝑥 − 1 𝑥 − 1 𝑑𝑥 + 1 𝑥 − 1 2 𝑑𝑥 = 1 𝑥 𝑥 − 1 2 = 1 𝑥 + −1 𝑥 − 1 + 1 𝑥 − 1 2 = 𝐿𝑛𝑥 − 𝐿𝑛 𝑥 − 1 − 𝑥 − 1 −1 + 𝐶 Expresamos la función racional como fracciones parciales
  • 29. Ejemplos II 𝑥5 + 𝑥 − 1 𝑥4 − 𝑥3 𝑑𝑥 = 𝑥 + 1 + 𝑥3 + 𝑥 − 1 𝑥4 − 𝑥3 𝑑𝑥 = 𝑥 𝑑𝑥 + 𝑑𝑥 + 𝑥3 + 𝑥 − 1 𝑥4 − 𝑥3 𝑑𝑥 = 𝑥5 + 𝑥 − 1 𝑥4 − 𝑥3 = 𝑥 + 1 + 𝑥3 + 𝑥 − 1 𝑥4 − 𝑥3 = 𝑥2 2 + 𝑥 + 𝑥3 + 𝑥 − 1 𝑥4 − 𝑥3 𝑑𝑥 = 𝑥2 2 + 𝑥 + 1 𝑥3 + 1 𝑥 − 1 𝑑𝑥 = El polinomio del numerador de la función racional tiene mayor grado que el denominador, por tanto, dividimos 𝑥3 + 𝑥 − 1 𝑥4 − 𝑥3 = 𝑥3 + 𝑥 − 1 𝑥3 𝑥 − 1 = 1 𝑥3 + 1 𝑥 − 1 Expresamos la función racional que queda por integrar con fracciones parciales = 𝑥2 2 + 𝑥 + 1 𝑥3 𝑑𝑥 + 1 𝑥 − 1 𝑑𝑥 = 𝑥2 2 + 𝑥 − 1 2𝑥2 + 𝐿𝑛 𝑥 − 1 + 𝐶
  • 30. ALGUNAS APLICACIONES DE LA INTEGRAL Integral definida y regla de Barrow
  • 31. Teorema fundamental del cálculo Si una función f continua en el intervalo [a,b] y f es mayor o igual que cero y F , que mide el área sombreada, se encuentra definida en dicho intervalo: entonces se verifica que F es derivable y su derivada coincide con la función f para cualquier valor de intervalo [a,b].
  • 32. Cálculo de áreas Si una función f continua en el intervalo [a,b] y f es mayor o igual que cero y deseamos calcular el área limitada por la función, el eje de abcisas y las rectas verticales x=a y x=b, entonces podemos calcular una función primitiva de f , (sea F) siendo el área F(b) – F(a). a b f(x) Área: F(b)-F(a) siendo F una primitiva de f
  • 33. Ejemplo Cálculo del área del recinto limitado por la función 𝑓 𝑥 = −2𝑥2 + 2, el eje de abcisas y las rectas x = -1 y x = 1. Puesto que la función es positiva en el intervalo [-1,1], bastará con calcular una primitiva de la función f. 𝐹 𝑥 = −2𝑥2 + 2𝑑𝑥 = − 2 3 𝑥3 + 2𝑥 𝐹 1 − 𝐹 −1 = − 2 3 13 + 2 · 1 + 2 3 −1 3 − 2 · −1 = 8 3 unidades cuadradas Área:
  • 34. Integral definida Si f es una función continua y mayor o igual que cero en el intervalo [a,b], se llama integral definida de f entre a y b al área de la región limitada por la curva y=f(x), el eje OX y las rectas verticales x=a y x=b. Se representará por: 𝑎 𝑏 𝑓 𝑥 𝑑𝑥 Si f es una función continua y menor o igual que cero en el intervalo [a,b], entonces 𝑎 𝑏 𝑓 𝑥 𝑑𝑥 será el opuesto del área anteriormente descrita. Si f es una función continua que va cambiando de signo a lo largo del intervalo [a,b], es posible dividir el intervalo en otros mas pequeños que cumplan con alguna de las anteriores condiciones.
  • 35. Regla de Barrow Si f es una función continua en el intervalo [a,b], y F es cualquier primitiva de f entonces: 𝑎 𝑏 𝑓 𝑥 𝑑𝑥 = 𝐹 𝑏 − 𝐹(𝑎) −1 1 𝑥3 𝑑𝑥 = 1 4 14 − 1 4 −1 4 = 0 𝑥3 𝑑𝑥 = 1 4 𝑥4 + 𝐶 Primitiva
  • 36. Teorema del valor medio del cálculo integral Si f es una función continua en el intervalo [a,b], existe un valor c entre a y b tal que: 𝑎 𝑏 𝑓 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑓(𝑐)(𝑏 − 𝑎) Al número f(c) se le llama valor medio de f del intervalo [a,b].
  • 37. Cálculo de áreas entre dos curvas I Vamos a calcular el área limitado por las funciones 𝑓 𝑥 = 𝑥4 − 2𝑥3 y g 𝑥 = 𝑥2 Primero calculamos los puntos de corte entre las dos funciones, resolvemos la ecuación 𝑥2 = 𝑥4 − 2𝑥2, por tanto: 𝑥4 − 3𝑥2 = 0 ⇒ 𝑥2 𝑥2 − 3 = 0 ⇒ 𝑥 = 0 𝑥 = 3 𝑥 = − 3 Cómo la gráfica de g(x) queda por encima de la gráfica de f(x), el área se pude calcular con la siguiente integral: − 3 3 𝑔 𝑥 − 𝑓(𝑥) 𝑑𝑥 = − 3 3 −𝑥4 + 3𝑥2 𝑑𝑥 = − 𝑥5 5 + 𝑥3 3 − 3 = 12 5 3
  • 38. Cálculo de áreas entre dos curvas II Vamos a calcular el área limitado por las funciones 𝑓 𝑥 = 𝑥2 − 4 y g 𝑥 = −𝑥2 − 2𝑥 entre los puntos x = -2.5 y x = 1 En este caso la función f queda por encima de g en el intervalo [-2.5,-2] y al contrario en el intervalo [-2,1]. Por tanto, el área puede calcularse utilizando la siguiente suma: −2.5 −2 𝑓 𝑥 − 𝑔 𝑥 𝑑𝑥 + −2 1 𝑔 𝑥 − 𝑓 𝑥 𝑑𝑥 −2.5 −2 𝑓 𝑥 − 𝑔 𝑥 𝑑𝑥 = −2.5 −2 𝑓 𝑥 − 𝑔 𝑥 𝑑𝑥 = 1 2 𝑥4 + 𝑥2 − 4𝑥 −2 −2.5 = 5 6 −2 1 𝑔 𝑥 − 𝑓 𝑥 𝑑𝑥 = − 2 3 𝑥3 − 𝑥2 + 4𝑥 1 −2 = 9 Solución: 5 6 + 9 = 59 6
  • 39. Cálculo del área entre OX y una curva Vamos a calcular el área limitado por la función 𝑓 𝑥 = 𝑥3 − 𝑥2 − 2𝑥 y el eje OX. En este caso la función f queda por encima del eje OX en el intervalo [-2,0], quedando por debajo en el intervalo [0,1]. Por tanto el área vendrá definido por la integral: Á𝑟𝑒𝑎 = −1 0 𝑥3 − 𝑥2 − 2𝑥𝑑𝑥 + 0 2 𝑥3 − 𝑥2 − 2𝑥𝑑𝑥 Á𝑟𝑒𝑎 = −1 0 𝑥3 − 𝑥2 − 2𝑥𝑑𝑥 + 0 2 𝑥3 − 𝑥2 − 2𝑥𝑑𝑥 = 1 4 𝑥4 − 1 3 𝑥3 − 𝑥2 0 −1 + 1 4 𝑥4 − 1 3 𝑥3 − 𝑥2 2 0 = − 1 4 − 1 3 + 1 + 4 − 8 3 − 4 = 5 12 + − 8 3 = 5 12 + 8 3 = 37 12
  • 40. Cálculo del área entre OX y una función impar I Vamos a calcular el área limitado por la función 𝑓 𝑥 = 𝑥 𝑥2 − 4 y el eje OX. Para este fin primero se comprueba que la función es impar: 𝑓 𝑥 = 𝑥 𝑥2 − 4 y 𝑓 −𝑥 = −𝑥 (−𝑥)2 − 4 = −𝑓(𝑥) Como puede observarse, los punto de corte con los ejes son (-2,0), (0,0) y (2,0). Formándose dos áreas del mismo tamaño, por tanto para el cálculo del total podemos utilizar el doble del área limitada por la función y el eje OX desde (0,0) hasta (2,0)
  • 41. Cálculo del área entre OX y una función impar II Á𝑟𝑒𝑎 = 2 0 2 𝑥 4 − 𝑥2 𝑑𝑥 = 2 − 1 2 · 2 3 · 4 − 𝑥2 3 2 0 = 16 3