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GUÍA: INTEGRALES




    Área de EET




                   Página 1 de 27
Derechos Reservados
                                 Titular del Derecho: INACAP
N° de inscripción en el Registro de Propiedad Intelectual # ___ . ____ de fecha ___-___-___.
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                                                                            Página 2 de 27
1. INTEGRALES


1.1 La Integral Indefinida.

1.1.1 Conceptos Básicos

                                                                                  dy    ,
Sea y = f(x) derivable respecto a x en D. Tenemos entonces que                       = f (x) o
                                                                                  dx
      ,
dy = f (x) dx , es decir, hemos encontrado la derivada y la diferencial de la función y =
f(x) respecto a: x. También, a cada función y = f(x) le corresponde una única función
           ,                                            ,
derivada: f (x) o una única diferencial dy = f (x) dx . Considerando el proceso inverso:
       ,                ,
dada f (x) o dy = f (x) dx si queremos encontrar y = f(x) obtendremos infinitas funciones
                    ,                               ,
cuya derivada es f (x) o cuya diferencial es f (x) dx .


                                                                                           ,
Ejemplo         1: A y = f(x) = 3x + 5 le corresponde una única función derivada f (x) = 6x
                   o una única diferencial dy = 6x dx respecto a x en                , pero esta
                   derivada o diferencial lo es de infinitas funciones, como ser:          3x2 + 5,
                                                1
                   3x2 + 6, 3x2 – 5,    3x2 +     ,........., 3x2 , funciones que difieren entre sí
                                                2
                   solo en la constante aditiva. Notemos que 3x2 es la más simple de ellas
                   y que si C es una constante 3x2 + C representa a todas las funciones
                   anteriores para los distintos valores que asignemos a C.


                                                                                               ,
Las consideraciones anteriores conducen a los siguientes hechos. Dada f (x) o
      ,                                                              ,                 ,
dy = f (x) dx , el hecho de encontrar y = f(x) se llama Integrar f (x) o Integrar f (x) dx , lo
que se anota:
                                                    ,
                                        ∫       ∫
                                            dy = f (x) dx

                                                            ,
                                                        ∫
                                   es decir: y = f (x) dx




                                                                                  Página 3 de 27
,
Tenemos entonces que “ la notación              ∫ f (x) dx representa a todas las funciones que al ser
                                        ,                                                            ,
derivadas respecto a x dan f (x) , o a todas las funciones cuya diferencial es f (x) dx”.
       ,
En   ∫ f (x) dx , ∫       es el símbolo de la integral, dx: Que es la diferencial de la variable

independiente, indica la variable respecto de la cual se ha derivado la función para
           ,          ,                                                                          ,
obtener f (x) o f (x) dx, y respecto de la cual hay que integrar. La función f (x) ubicada
entre los dos símbolos anteriores se llama La función Integrando.
                                                               ,
La función que se obtiene al integrar                        ∫ f (x) dx   se llama la Integral Indefinida, La

                                                     ,
Antiderivada o la función Primitiva de f (x) en D, y corresponde a un conjunto de infinitas
funciones (cada una de ellas es una integral indefinida o una antiderivada o una función
primitiva) que difieren entre sí únicamente en una constante aditiva llamada La Constante
de Integración .
                                                         ,
“Si f(x) es una integral indefinida de f (x) en D entonces f(x) + C denota a todas las
                                    ,
integrales indefinidas de f (x) en D:
                                                 ,
                                            ∫   f (x) dx = f(x) + C


                                ,                                           ,
Observación :             dy = f (x) dx     entonces               ∫ dy = ∫ f (x) dx




                                                                                              Página 4 de 27
1.1.2 Tablas de Integrales Básicas

Basados en los teoremas sobre derivación, podemos establecer:


 1)   ∫ dx = ∫ 1 dx = x + C
 2)   ∫ k dx = kx + C                        k :cons tan te


 3)   ∫ k f(x) dx = k ∫ f(x) dx               k :cons tan te


 4)   ∫ ( f(x) + g(x) −    h(x) ) dx =   ∫ f(x) dx   +   ∫ g(x) dx     −   ∫ h(x) dx
                     x r +1
 5)   ∫   xr dx =
                      r +1
                            +C                , r∈ ,          r ≠ −1


          1
 6)   ∫ x dx = ln x + C
                      ax
      ∫
                                                               +
 7)       a x dx =        + C                            a∈
                     ln a


      ∫e
           x
 8)            dx = e x + C


 9)   ∫ sen x     dx = − cos x + C


10)   ∫ cos x     dx = sen x + C


11)   ∫ tan x    dx = ln sec x + C


12)   ∫ cot x    dx = ln sen x + C


13)   ∫ sec x     dx = ln(sec x + tan x ) + C


14)   ∫ co sec x      dx = ln(co sec x − cot x ) + C




                                                                                       Página 5 de 27
∫ sec
              2
15)               x dx = tan x + C


      ∫ − co sec x dx = cot x + C
                          2
16)

      ∫ co sec x dx = − cot x + C
               2




17)   ∫ sec x ⋅ tan dx = sec x +           C


18)   ∫ − co sec x ⋅ cot x dx = co sec x + C
      ∫ − co sec x ⋅ cot x dx = − co sec x + C
              1
19)   ∫    1− x 2
                              dx = arc s en x + C


                  1
20)   ∫−    1− x 2
                   dx = arc cos x + C

            1
      ∫    1− x 2
                  dx = − arc cos x + C


           1
21)   ∫ 1 + x2         dx = arc tan x + C



                  1
22)   ∫ − 1 + x2              dx = arc co t x + C


                  1
23)   ∫x          2
               x −1
                               dx = arc sec x + C


                      1
24)   ∫−x             x2 − 1
                                 dx = arc co sec x + C




                                                         Página 6 de 27
1.1.3 Integración Inmediata


Son aquellas integraciones que se hacen aplicando directamente las fórmulas anteriores.



                                       ∫x
                                            7
Ejemplo       1: Calcular                       dx

Resolución     : La fórmula 5) da :

                                       x7 + 1      x8
                  ∫   x7 dx =
                                       7+1
                                              + C=
                                                   8
                                                      + C



                                            dx
Ejemplo       2: Calcular              ∫4
                                             x3


Resolución     : La fórmula 5) da :
                                                                           3
                                                         3             −       +1
                       dx                            −            x 4        4
                  ∫4       x   3
                                   dx = x       ∫        4   dx =
                                                                    3
                                                                       + C= 4 x + C
                                                                  − +1
                                                                    4



                                                                                
                                            7 x − 5 cos x +                   3  dx
Ejemplo       3: Calcular              ∫                                      2 
                                                                           1− x 
                                           
Resolución     : La fórmula 4) da :




                                                                               3
                  ∫7                   ∫                           ∫
                       x
                           dx − 5 cos x dx +                                            dx =
                                                                           1− x 2

                   7x                                                      1
                  ln7              ∫
                      − 5 cos x dx + 3                         ∫       1− x        2
                                                                                       dx =


                   7x
                      − 5 sen x + 3 arc sen x + C
                  ln7




                                                                                               Página 7 de 27
7
Ejemplo        4: Calcular   ∫   x
                                   dx

                                             7             1
Resolución      : La fórmula 6) da :    ∫    x
                                               dx = 7     ∫ x dx = 7 ln x + C1
                                        o     = 7 ln x + ln C

                                        o     = ln C x7




1.1.4 Uso de una función auxiliar para las integrales inmediatas.


La derivación de funciones compuestas (Regla de la Cadena) da origen a muchas
funciones que para ser integradas con seguridad requieren el uso de una función auxiliar.
Para ello, en las fórmulas anteriores se reemplazan: la expresión que contiene a la
variable x (o parte de ella) por una adecuada función u = u(x), y dx por la correspondiente

                                                                                          ∫ x dx
                                                                                              r
du. Se integra y luego se vuelve a la variable original x. Así por ejemplo, la fórmula


                                            ∫ u du
                                              r
se puede considerar también como                     donde aparece ur una función elevada a un

exponente, multiplicada por la diferencial de la base : ur du.
                    1               du
Del mismo modo    ∫ x dx queda ∫    u
                                       : la diferencial du dividida por la función u.

Las restantes fórmulas se interpretan análogamente. Los ejemplos a continuación aclaran
la técnica.


Ejemplo        1: Calcular   ∫ sen 2x dx
Resolución      : No podemos usar la fórmula 9) directamente. Usamos una función
                                                                         du
                   auxiliar: u = 2x luego du = 2 dx, luego dx =             . Reemplazando:
                                                                          2
                                             du 1            1
                   ∫ sen 2x dx = ∫ senu ⋅     2
                                                =
                                                  2   ∫
                                                    senu du = ⋅ ( − cos u ) + C
                                                             2
                        1              1
                   =−     cos u + C = − cos 2x + C
                        2              2




                                                                                  Página 8 de 27
5
Ejemplo      2: Calcular            ∫ 3 − x dx
                       5                             1
Resolución    :   ∫ 3 − x dx = 5 ∫ 3 − x dx ,                       la fórmula 6) sugiere u = 3 – x luego du = -

                  dx ∴ dx = -du.
                  Reemplazando:


                               1                           1                          1
                   5   ∫ 3 − x dx = 5 ∫ u ⋅ (− du) = − 5 ∫ u du = − 5 lnu + C1
                                                                                                    C
                   = − 5 ln ( 3 − X ) + C1 = − ln (3 − x )5 + ln C = ln
                                                                                                ( 3 − x )5


                                    ∫ (x               )
                                                           4
                                             3
Ejemplo      3: Calcular                         −5            ⋅ 3 x 2 dx

Resolución    : Es una potencia multiplicada por la diferencial de la base, la fórmula 5):

                  ∫u
                       r
                           du sugiere, la fórmula 6) sugiere u = x3 - 5 ∴ du = 3 x2 dx.

                  Reemplazando:

                                                                                           ( x3 − 5 )
                                                                                                     5
                                                                                  5
                  ∫ (x              )
                                        4                                         u
                                                                  ∫u
                           3
                               −5           ⋅ 3 x 2 dx =               4
                                                                           du =      +C=                 +C
                                                                                   5            5


                                                  −x
Ejemplo      4:        Calcular              ∫e          dx

Resolución    : u = - x, du = - dx ∴ dx = - du.
                  Reemplazando:
                        −x
                  ∫e           dx =          ∫e
                                                 u
                                                     ( −du) = − eu du = − eu + C = − e− x + C
                                                                           ∫




                                                                                                              Página 9 de 27
cos ec x
Ejemplo      5: Calcular      ∫     3 x
                                                dx

                                                                                              1
Resolución    : Usamos        ∫ cos ec u du,           con u = x ∴ du =
                                                                                             2 x
                                                                                                   dx ∴ dx = 2 x du .



                Reemplazando:
                    cos ec x                  cos ec u                             2
                ∫       3 x
                                   dx =   ∫     3 x
                                                          ⋅ 2 x du =
                                                                                   3   ∫ cos ec u   du


                =
                    2
                    3
                                                  2
                      ln( cos ec u − cot u ) + C = ln cos ec x − cot x
                                                  3
                                                                       (                                 )   +C



                                     dx
Ejemplo      6: Calcular      ∫    1− 3 x 2

                                     1                                                                        du
Resolución    : Usamos        ∫     1− u2
                                               du , con u = x 3 ; du =                       3 dx ∴ dx =
                                                                                                                  3
                                                                                                                      .


                Reemplazando:
                          1                       1           du       1                 1
                ∫       1− 3 x 2
                                   dx =   ∫      1 − u2
                                                          ⋅
                                                               3
                                                                   =
                                                                           3
                                                                               ⋅   ∫    1− u2
                                                                                                ⋅ du =



                    1                              1
                        arc senu + C = =                 arc sen x 3 + C
                    3                                3


                                          dx
Ejemplo      7: Calcular      ∫ x2 + 14 x + 52
                                    1
Resolución    : Usando        ∫ 1 + u2        du : x 2 + 14x + 52 = (x + 7 )2 + a .

                                                                       52 = 49 + a ∴ a = 3




                                                                                                         Página 10 de 27
dx                      dx                   dx
∴   ∫ x2 + 14 x + 52   =   ∫ 3 + ( x + 7 )2 = ∫        x + 7 2 
                                                   3 1+       
                                                       3  
                                                                 


       x+7             1
∴ u=          ∴ du =           dx ∴ dx = 3 du
         3                 3


Reemplazando:


         dx                        3 du        3        du          3
∫ x2 + 14 x + 52   =   ∫ 3 1+ u2        =
                                              3    ∫ 1 + u2    =
                                                                   3
                                                                      arc tanu + C
                                     

  3          x+7
    arc tan     + C
 3           3 




                                                                      Página 11 de 27
GUIA DE EJERCICIOS N° 4



                                                x4
    ∫
1 − . x3 dx                                 =
                                                4
                                                   +C


                                                3x3 x
     ∫
           3
2 −.           x dx                         =         +C
                                                  4

           dx                                    1
3 −. ∫ x2                                   =−
                                                 x
                                                   +C


               dz
4 −.   ∫ 3 z2                               = 33 z + C



                                                2x3 5x 2
     ∫(
5 − . 2x 2 − 5x + 3 dx       )              =
                                                 3
                                                   −
                                                     2
                                                         + 3x + C


                                                2t t 2t 2 t
6 − . (1 − t ) t dt
       ∫                                    =       −       +C
                                                 3      5


7 − . ( 3s + 4 ) ds
                         2
     ∫                                      = 3s3 + 12s2 + 16s + C


           x3 + 5x 2 − 4                        x2       4
8 −. ∫              x2
                             dx             =
                                                2
                                                   + 5x + + C
                                                         x

           dz
9 −. ∫      z
                                            = ln z + C o ln Cz


               dx
10 − .  ∫x+2                                = ln(x + 2) + C




                                                                     Página 12 de 27
ds                    1
     ∫ 2s + 3
11 − .                             = ln(2s + 3) + C
                                    2

              t dt
12 − .   ∫ t2 − 1                  = ln C t 2 − 1



              x 2 dx                       C               
13 − .   ∫ 1 − 2x3                 = ln 
                                        6
                                         1 − 2x
                                                 3
                                                            
                                                            
                                                            

             x+2
14 − .   ∫ x + 1 dx                = x + ln(x + 1) + C



         ∫
15 − . e− x dx                     = −e− x + C


                                       e3x
         ∫
16 − . e3x dx                      =
                                        3
                                           +C


                                       a2x
         ∫
17 − . a2x dx                      =
                                       2ln a
                                             +C


              1
                                          1
             ex
18 − .   ∫ x2 dx                   =   −e x   +C



                                     (e           )
                                                      4
                                          x
                                              +1
         ∫(            )
                       3
                x              x
19 − . e + 1 e dx                  =                       +C
                                              4

               dx
20 − .   ∫ ex + 1                  = x − ln(1 + e x ) + C



                                     (x            )
                                                       3
                                          3
                                              +2
         ∫ (x          )
                           2
                3
21 − .              + 2 3x 2 dx    =                       +C
                                              3




                                                                Página 13 de 27
1                                    3

      ∫(                  )                (                   )
                                       9 3
22 − .       x3 + 2 2 x 2 dx       =     x +2                      2   +C
                                       2


              8x 2 dx                                      4
23 − .   ∫                         =−                                      +C
             (x            )                       (               )
                              3                                        2
                  3                                    3
                      +2                   3 x +2



                                                   (x                  )
                                                                       3
                                                        3
                  x   2                4       4            +2
24 − .   ∫ 4 x3 + 2 dx             =
                                                        9
                                                                           +C



           x                                x
         ∫
25 − . sen( ) dx
           2
                                   = −2 cos( ) + C
                                            2

                                       1
         ∫
26 − . cos 3x dx                   =
                                       3
                                         sen 3x + C


                                       2
         ∫
27 − . 2 tg3x dx                   =
                                       3
                                         ln sec 3x + C


                 5x                  8           5x       5x
         ∫
28 − . 4 cos ec   dx
                 2 
                                   =
                                       5
                                         ln cos ec
                                                   2
                                                      − cot
                                                             2
                                                               +C



                                       sen3 x
         ∫
29 − . sen2 x cos x dx             =
                                         3
                                              +C


                                    1
      ∫
30 − . tg2x dx                     = ln sec 2x + C
                                    2

                                       1
     ∫
31 − . x cot x 2 dx                =
                                       2
                                         ln sen x 2 + C


32 − . (1 + tg x ) dx
                               2
      ∫                            = tg x + 2ln sec x + C




                                                                                Página 14 de 27
1
         ∫
33 − . sec 2 2ax dx             =
                                    2a
                                       tg2ax + C


             sen x + cos x
34 − .   ∫      cos x
                           dx   = ln sec x + x + C


             sen y
35 − .   ∫ cos2 y dy            = sec y + C



         ∫
36 − . e x cos e x dx           = sen e x + C


                                     e3cos 2x
         ∫
37 − . e3cos 2x sen 2x dx       =−
                                        6
                                              +C


               dz
38 − .   ∫ 1 + cos z            = − cot z + cos ec z + C


             sec x
39 − .   ∫      x
                      dx        = 2ln sec x + tg x + C


                            2
40 − . ( tg2x + sec 2x ) dx
         ∫                      = tg 2x + sec 2x − x + C


             sec x tg x             1
     ∫ a + b sec xdx
41 − .                          =
                                    b
                                      ln a + b sec x + C


              dx                    1        x
42 − .   ∫ 9 + x2               =
                                    3
                                      arc tg   + C
                                             3

                 dx                 1          2x 
43 − .   ∫x     4x 2 − 9
                                =
                                    3
                                      arc sec   + C
                                               3 




                                                           Página 15 de 27
x3                 1
44 − .   ∫    1 − x8
                         dx   =
                                  4
                                    arc sen x 4 + C



                dx
45 − .   ∫ e x + e− x         = arc tge x + C


             3x − 5               3              5      x
46 − .   ∫ x2 + 4 dx          =
                                  2
                                    ln(x 2 + 4) − arctg   + C
                                                 2      2


                    dx              2        x −3
47 − .   ∫ x2 − 6x + 11       =
                                   2
                                      arc tg 
                                              2 
                                                  +C


                x−5               1                               x + 1
48 − .   ∫ x2 + 2x + 4dx      =
                                  2
                                    ln x 2 + 2x + 4 − 2 3 arc tg 
                                                                  3 
                                                                        +C


                     dx                  x + 2
49 − .   ∫    20 − 4x − x 2
                              = arc sen 
                                         24 
                                               +C


                                               3

         ∫
50 − . x 2 1 − xdx            =
                                   −2
                                  105
                                                 (              )
                                      (1 − x ) 2 15x 2 + 12x + 8 + C

             x 2 −1
     ∫
51 − .
              2x − 1
                    dx        =
                                   1
                                  15
                                             (              )
                                     2x − 1 3x 2 + 2x − 13 + C



             x 2 + 2x                  1
52 − .   ∫ (x + 1)2 dx        =x +
                                     x +1
                                          +C




                                                                Página 16 de 27
1.2 Métodos de Integración


1.2.1 Integración por partes.

                                           d             dv   du
Sean u = u (x), v = v ( x). Entonces         (u ⋅ v ) = u + v    en donde
                                          dx             dx   dx
d (uv) = u dv + v du integrando obtenemos:

∫ d(u v ) = ∫ u dv    +   ∫ v du
      ∫
u v = u dv +         ∫ v du    ∴




                              ∫ u dv   = uv −    ∫ v du
                          Fórmula de la Integración por Partes



Para aplicar ésta fórmula, la función que se desea integrar debe ser un producto de
funciones. En la integral, éste producto se separa en dos factores uno de los cuales debe
continuar a dx. Uno de ellos se iguala a dx, y el que contiene a dx se iguala a dv. No hay

normas para la separar los factores, pero       ∫ v du   debe ser una integral inmediata o más

simple que   ∫ u dv .




                                                                              Página 17 de 27
Ejemplo      1: Calcular     ∫ x cos x dx
Resolución    : De acuerdo a la fórmula de la integración por partes: x cos x dx = u dv
                ¿ Cuáles son u y dv ?


                Hay varias posibilidades:


                      u              dv
                      x              cos x dx
                      cosx           x dx
                      x cos x        dx
                      1              x cos x dx


                Ensayando el primer caso:                     u=x          dv = cos x dx
                                                          ∴ du = dx        ∴ v = sen x


                Aplicando textualmente la fórmula:



                      ∫ x cos x dx    = x sen x −    ∫ sen x dx
                                      = x sen x −      ( − cos x ) +   C
                                      = x sen x + cos x + C
                      ....... resultó de inmediato !


             Si hubiéramos ensayado el segundo caso:
                      u = cos x             dv = x dx

                                                     x2
                ∴ du = − sen x dx           ∴v =
                                                      2
             la fórmula habría dado:

                                     x               x2                x                 x2
                 ∫   x cos x dx =
                                     2
                                       cos x −   ∫    2
                                                        ( − sen x) dx = cos x +
                                                                       2            ∫     2
                                                                                            sen x dx

             de donde     ∫ v du es mas complicada que ∫ u dv de              ..... la separación falla




                                                                                    Página 18 de 27
∫x e
                                          2x
Ejemplo      2: Calcular                        dx



Resolución      : Sean:        u=x                   dv = e 2 x dx

                                                              1 2x
                                 ∴ du = dx            ∴v =      e
                                                              2
                                           1 2x    1 2x
                  ∫xe                                     ∫
                            2x
                                 dx = x ⋅    e −     e dx
                                           2       2
                                           1     1 1
                                      = x ⋅ e2x − ⋅ e2x + C
                                           2     2 2
                                        1        1 2x
                                      = x e2x −    e   +C
                                        2        4

Observación :     Frecuentemente al aplicar la integración por partes la integral                   ∫ v du
                  Resulta ser más simple que                      ∫ u dv , sin ser una integral inmediata. En
                  estos casos se calcula aparte.



                                 ∫x
                                      2
Ejemplo      3: Calcular                  sen x dx


                                            2
Resolución      : Sean:             u=x                  dv = sen x dx

                                 ∴ du = 2x dx            ∴ v = − cos x


                  ∫x                                          ∫
                       2
                           sen x dx = x 2 ( − cos x) − ( − cos x ) 2x dx

                                                                  ∫
                                          = − x 2 cos x + 2 x cos x dx            (∗)


                  ∫
                ∴ v du que es              ∫ x cos x dx       es más simple que     ∫ u dv que es
                  ∫x
                       2
                           sen x dx, sin ser una int egral inmediata

                  Calculándola aparte con el mismo tipo de separación:




                                                                                            Página 19 de 27
Para       ∫ x cos x dx :   u=x                dv = cos x dx

                                           ∴ du = dx           ∴ v = sen x
                 ∴    ∫ x cos x dx                         ∫
                                        = x sen x − sen x dx = x sen x + cos x

                 que sustituida en ( ∗ ) :


                  ∫x
                       2
                           sen x dx = − x 2 cos x + 2(x sen x + cos x ) + C



Observación :    También la integración por partes se utiliza para el cálculo de integrales
                 más simples, pero no inmediatas.



Ejemplo      4: Calcular       ∫ ln x dx

Resolución    : Sean:              u = lnx               dv = dx

                                        1
                              ∴ du =      dx             ∴v = x
                                        x

                                            1
                  ∫                          ∫
                ∴ ln x dx = (ln x) ⋅ x − x ⋅ dx = x ln x − x + C
                                            x


Ejemplo      5: Calcular       ∫ arc cos x dx

Resolución    : Sean:              u = arc cos x                     dv = dx

                                                 1
                              ∴ du = −                   dx         ∴v = x
                                                     2
                                             1− x
                                                                                  
                                                                               1
                  ∫
                ∴ arc cos x dx = (arc cos x ) ⋅ x −             ∫   x ⋅ −          dx
                                                                                2 
                                                                            1− x 

                                      = x arc cos x −          1− x 2 + C




                                                                                          Página 20 de 27
EJERCICIOS PROPUESTO




    ∫
1 − . ln x dx =                     x (ln x − 1) + C


                 2
      ln x 
     ∫
2 −. 
      x 
             dx =              −
                                    x
                                      (
                                    1 2
                                      ln x + 2ln x + 2 + C         )
                                          3
                                    2 2        2     4        8
3 −. ∫      x ln2 x dx =
                                    3
                                      x       ln x − 3 ln x + 9  + C
                                                                

               x                         x             x
4 −.   ∫   x e 2 dx   =             2x e 2        − 4 e2   +C


                                              −3x
                                     1               2 2x 2 
5 − . x 2 e−3x dx =
     ∫                          −      e            x + 3 + 9 + C
                                     3                       


       ∫
6 − . x sen x dx =              − x cos x + sen x + C


                                    cosnx             x sennx
     ∫
7 − . x cosnx dx =
                                      n   2
                                                  +
                                                         n
                                                              +C


                                                               1
     ∫
8 − . arc cos 2x dx =                x arc cos 2x −
                                                               2
                                                                 1 − 4x 2 + C



     ∫
9 − . x 2 cos x dx =                 x 2 sen x + 2x cos x − 2 sen x + C


                                    x3         x3
        ∫
10 − . x 2 ln 2x dx =
                                    3
                                       ln 2x −
                                               9
                                                  +C


                                                       3                   5
                                    2x ( 3x − 5 ) 2            4 ( 3x − 5 ) 2
       ∫
11 − . x 3x − 5 dx =
                                              9
                                                           −
                                                                   135
                                                                                +C




                                                                                     Página 21 de 27
x ex                ex
     ∫ (1 + x )2
12 − .                   dx =
                                 1+ x
                                      +C



             ln(x + 1)
13 − .   ∫               dx =    2 x + 1 ( ln [ x + 1] − 2 ) + C
               x +1


                1+ x                   1 − x2    1+ x
         ∫
14 − . x ln
                1− x
                     dx =        x−
                                          2
                                              ln
                                                 1− x
                                                      +C



             arc sen x               arc sen x      1 + 1 − x2
15 − .   ∫      x2
                          dx =   −
                                         x
                                               − ln
                                                        x
                                                               +C



16 − . ln  x + 1 + x 2  dx =
         ∫                     x ln  x + 1 + x 2  − 1 + x 2 + C
                                                   
                                                 


         ∫
17 − . arctg x dx =              − x + (1 + x)arctg x + C


                                         x
         ∫
18 − . sen x ln(tg x)dx =        ln tg
                                         2
                                           − cos x ln tg x + C


                                      x2 x         cos 2x
         ∫
19 − . x sen2 x dx =              −     − sen 2x −
                                       4 4           8
                                                          +C



         ∫
20 − . e x dx =                   2( x − 1) e x + C



     ∫
21 − . x sen x dx =              2(6 − x) x cos x − 6(2 − x) sen x + C


             x earctg x              (1 − x) earctg x
22 − .   ∫           3
                          dx =   −
                                         2 1 + x2
                                                        +C

             (1 + )
                 x 2 2




                                                                      Página 22 de 27
1.2.3 Integrales Trigonométricas Corrientes.

Recordemos las principales relaciones entre las funciones trigonométricas

sen2 x + cos2 x = 1                                1 + tg2 x = sec 2 x
1 + cot 2 x = co sec 2 x                           sen 2x = 2 sen x cos x
    2           2
cos 2x = 2cos x − 1                                cos 2x = 1 − 2 sen2 x
           1 1                                                1 1
cos2 x =    + cos 2x                               sen2 x =    − cos 2x
           2 2                                                2 2



                                  ∫ sen
                                          2
Ejemplo         1: Calcular                   x dx

                                        1 1             1      1
                     ∫ sen                ∫                              ∫            ∫
                             2
Resolución       :               x dx =  − cos 2x  dx =   dx −   cos 2x dx
                                        2 2             2      2
                                       1   1 1              1    1
                                      = x − ⋅ sen 2x + C = x − sen 2x + C
                                       2   2 2              2    4



                                  ∫ cos
                                          2
Ejemplo         2: Calcular                   dx

                                        1 1                        1           1
                     ∫ cos           ∫                             ∫ 2 dx         ∫
                             2
Resolución       :               dx =  + cos 2x  dx =                      +     cos 2x dx
                                        2 2                                    2
                                      x   1
                                    =    + sen 2x + C
                                      2   4



                                  ∫ cos
                                          2
Ejemplo         3: Calcular                   2x dx

                                          1 1           x 1 1
                     ∫ cos                    ∫
                             2
Resolución       :               2x dx =  + cos 4x  dx = + ⋅ sen 4x + C
                                          2 2           2 2 4
                                          x  1
                                        =   + sen 4x + C
                                          2  8

Ejemplo         4: Calcular       ∫ tan x dx
                                     sen x
Resolución       :   ∫ tg x dx = ∫ cos x dx =
                     u = cos x           du = - sen x dx




                                                                                           Página 23 de 27
du
                            =−   ∫ u
                                     = − lnu + C = − lnu + C = − ln cos + C

                                   1
                            = ln       + C = ln sec x + C
                                 cos x


                           ∫ sec
                                     3
Ejemplo      5: Calcular                 x dx



Resolución    : Usando integración por partes:

                              u = sec x                 dv = sec2 dx

                           ∴ du = sec x tg x dx             ∴ v = tg x


                ∫                            ∫
              ∴ sec 3 x dx = sec x ⋅ tgx − tg x ⋅ sec x ⋅ tg x dx

                             = sec x ⋅ tgx − ∫ sec x ⋅ tg 2 x dx

                             = sec x ⋅ tgx − ∫ sec x ⋅ ( sec 2 x − 1) dx

                ∫ sec x dx = sec x ⋅ tgx − ∫ sec x dx + ∫ sec x dx
                      3                           3


               2∫ sec 3 x dx = sec x ⋅ tgx + ∫ sec x dx
                               = sec x ⋅ tgx + ln( sec x + tg x) + C
                                         1              1
                ∫
              ∴ sec 3 x dx =
                                         2
                                           sec x ⋅ tgx + ln( sec x + tg x) + C
                                                        2




                                                                                 Página 24 de 27
1.2.3 Integración usando Sustituciones Trigonométricas.


La integración por sustitución consiste en sustituir la variable de integración con una
nueva variable.
Existen muchos tipos de sustituciones. Las sustituciones trigonométricas que usaremos,
las aplicaremos cuando en él integrando aparezca una sola raíz de la forma:


                                                      a
  a2 + b2 u2 , con u = u(x), la sustitucion sera : u =  tg z
                                                      b
                                                      a
  a2 − b2 u2 , con u = u(x), la sustitucion sera : u = sen z
                                                      b
                                                      a
  b2 u2 − a2 , con u = u(x), la sustitucion sera : u = sec z
                                                      b


                                                        +
Al aplicar la sustitución se suponen: a, b ∈                . En el resultado final se vuelve a la
variable x .


                                       dx
Ejemplo        1: Calcular      ∫ x2       9 + x2

                                                                        3
Resolución        : Primer caso: a = 3, b = 1, u = x, ∴ x =               tg z, dx = 3 sec 2 z dz
                                                                        1

                           dx                       3 sec 2 z dz           1
                    ∫ x2   9 + x2
                                       =   ∫ 9 tg2 ⋅    9 + 9 tg2 z
                                                                       =
                                                                           9∫cos ec z cot z dz




                                              1
                                       =−       ( − cos ec z ) + C
                                              9

                                                                                                 x
                    volviendo a la variable x, dx x = 3 tg z obtenemos tg z =
                                                                                                 3




                                                                                         Página 25 de 27
9 + x2
                          x

                                                                                           9 + x2
                ∴                            z                         ∴ cos ec z =
                                                                                             x
                                        3



                           dx             1           9 + x2
                ∫ x2       9 + x2
                                        =− ⋅
                                          9             x




Ejemplo      2: Calcular        ∫   7 − x 2 dx

Resolución    : Segundo caso: a =                    7 , b = 1, u = x,

                              7
                ∴ x=            sen z, x =           7 sen z ∴ dx =               7 cos z dz
                              1


                                                 (             )
                                                                   2
                ∫       7 − x2 =    ∫       7−       7 sen z           ⋅ 7 cos z dz =




                ∫       7 ⋅ 7 ⋅ 1 − sen2 z cos z dz = 7 cos2 z dz =        ∫
                  1 1             7                                  7
                    ∫
                7  + cos 2z  dz =
                  2 2             2                   ∫   dz +
                                                                       2   ∫ cos 2z dz =
                7    7 1            7   7
                  z + ⋅ sen 2z + C = z + sen 2z + C =
                2    2 2            2   4

                7     7
                  z +   2 sen z cos z + C
                2     4

                                                                                                          x
                volviendo a la variable x, dx x =                           7 sen z   obtenemos sen z =
                                                                                                           7




                                                                                                Página 26 de 27
7
                       x


                 ∴                 z



                               7 − x2




             x                         x                                7 − x2
De sen z =      obtenemos z = arc sen     , y del triangulo : cos z =            .
              7                        7                                  7
                                         

Sustituyendo estos valores en (∗) obtenemos:




                                                                     Página 27 de 27

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  • 2. Derechos Reservados Titular del Derecho: INACAP N° de inscripción en el Registro de Propiedad Intelectual # ___ . ____ de fecha ___-___-___. © INACAP 2002. Página 2 de 27
  • 3. 1. INTEGRALES 1.1 La Integral Indefinida. 1.1.1 Conceptos Básicos dy , Sea y = f(x) derivable respecto a x en D. Tenemos entonces que = f (x) o dx , dy = f (x) dx , es decir, hemos encontrado la derivada y la diferencial de la función y = f(x) respecto a: x. También, a cada función y = f(x) le corresponde una única función , , derivada: f (x) o una única diferencial dy = f (x) dx . Considerando el proceso inverso: , , dada f (x) o dy = f (x) dx si queremos encontrar y = f(x) obtendremos infinitas funciones , , cuya derivada es f (x) o cuya diferencial es f (x) dx . , Ejemplo 1: A y = f(x) = 3x + 5 le corresponde una única función derivada f (x) = 6x o una única diferencial dy = 6x dx respecto a x en , pero esta derivada o diferencial lo es de infinitas funciones, como ser: 3x2 + 5, 1 3x2 + 6, 3x2 – 5, 3x2 + ,........., 3x2 , funciones que difieren entre sí 2 solo en la constante aditiva. Notemos que 3x2 es la más simple de ellas y que si C es una constante 3x2 + C representa a todas las funciones anteriores para los distintos valores que asignemos a C. , Las consideraciones anteriores conducen a los siguientes hechos. Dada f (x) o , , , dy = f (x) dx , el hecho de encontrar y = f(x) se llama Integrar f (x) o Integrar f (x) dx , lo que se anota: , ∫ ∫ dy = f (x) dx , ∫ es decir: y = f (x) dx Página 3 de 27
  • 4. , Tenemos entonces que “ la notación ∫ f (x) dx representa a todas las funciones que al ser , , derivadas respecto a x dan f (x) , o a todas las funciones cuya diferencial es f (x) dx”. , En ∫ f (x) dx , ∫ es el símbolo de la integral, dx: Que es la diferencial de la variable independiente, indica la variable respecto de la cual se ha derivado la función para , , , obtener f (x) o f (x) dx, y respecto de la cual hay que integrar. La función f (x) ubicada entre los dos símbolos anteriores se llama La función Integrando. , La función que se obtiene al integrar ∫ f (x) dx se llama la Integral Indefinida, La , Antiderivada o la función Primitiva de f (x) en D, y corresponde a un conjunto de infinitas funciones (cada una de ellas es una integral indefinida o una antiderivada o una función primitiva) que difieren entre sí únicamente en una constante aditiva llamada La Constante de Integración . , “Si f(x) es una integral indefinida de f (x) en D entonces f(x) + C denota a todas las , integrales indefinidas de f (x) en D: , ∫ f (x) dx = f(x) + C , , Observación : dy = f (x) dx entonces ∫ dy = ∫ f (x) dx Página 4 de 27
  • 5. 1.1.2 Tablas de Integrales Básicas Basados en los teoremas sobre derivación, podemos establecer: 1) ∫ dx = ∫ 1 dx = x + C 2) ∫ k dx = kx + C k :cons tan te 3) ∫ k f(x) dx = k ∫ f(x) dx k :cons tan te 4) ∫ ( f(x) + g(x) − h(x) ) dx = ∫ f(x) dx + ∫ g(x) dx − ∫ h(x) dx x r +1 5) ∫ xr dx = r +1 +C , r∈ , r ≠ −1 1 6) ∫ x dx = ln x + C ax ∫ + 7) a x dx = + C a∈ ln a ∫e x 8) dx = e x + C 9) ∫ sen x dx = − cos x + C 10) ∫ cos x dx = sen x + C 11) ∫ tan x dx = ln sec x + C 12) ∫ cot x dx = ln sen x + C 13) ∫ sec x dx = ln(sec x + tan x ) + C 14) ∫ co sec x dx = ln(co sec x − cot x ) + C Página 5 de 27
  • 6. ∫ sec 2 15) x dx = tan x + C ∫ − co sec x dx = cot x + C 2 16) ∫ co sec x dx = − cot x + C 2 17) ∫ sec x ⋅ tan dx = sec x + C 18) ∫ − co sec x ⋅ cot x dx = co sec x + C ∫ − co sec x ⋅ cot x dx = − co sec x + C 1 19) ∫ 1− x 2 dx = arc s en x + C 1 20) ∫− 1− x 2 dx = arc cos x + C 1 ∫ 1− x 2 dx = − arc cos x + C 1 21) ∫ 1 + x2 dx = arc tan x + C 1 22) ∫ − 1 + x2 dx = arc co t x + C 1 23) ∫x 2 x −1 dx = arc sec x + C 1 24) ∫−x x2 − 1 dx = arc co sec x + C Página 6 de 27
  • 7. 1.1.3 Integración Inmediata Son aquellas integraciones que se hacen aplicando directamente las fórmulas anteriores. ∫x 7 Ejemplo 1: Calcular dx Resolución : La fórmula 5) da : x7 + 1 x8 ∫ x7 dx = 7+1 + C= 8 + C dx Ejemplo 2: Calcular ∫4 x3 Resolución : La fórmula 5) da : 3 3 − +1 dx − x 4 4 ∫4 x 3 dx = x ∫ 4 dx = 3 + C= 4 x + C − +1 4    7 x − 5 cos x + 3  dx Ejemplo 3: Calcular ∫  2  1− x   Resolución : La fórmula 4) da : 3 ∫7 ∫ ∫ x dx − 5 cos x dx + dx = 1− x 2 7x 1 ln7 ∫ − 5 cos x dx + 3 ∫ 1− x 2 dx = 7x − 5 sen x + 3 arc sen x + C ln7 Página 7 de 27
  • 8. 7 Ejemplo 4: Calcular ∫ x dx 7 1 Resolución : La fórmula 6) da : ∫ x dx = 7 ∫ x dx = 7 ln x + C1 o = 7 ln x + ln C o = ln C x7 1.1.4 Uso de una función auxiliar para las integrales inmediatas. La derivación de funciones compuestas (Regla de la Cadena) da origen a muchas funciones que para ser integradas con seguridad requieren el uso de una función auxiliar. Para ello, en las fórmulas anteriores se reemplazan: la expresión que contiene a la variable x (o parte de ella) por una adecuada función u = u(x), y dx por la correspondiente ∫ x dx r du. Se integra y luego se vuelve a la variable original x. Así por ejemplo, la fórmula ∫ u du r se puede considerar también como donde aparece ur una función elevada a un exponente, multiplicada por la diferencial de la base : ur du. 1 du Del mismo modo ∫ x dx queda ∫ u : la diferencial du dividida por la función u. Las restantes fórmulas se interpretan análogamente. Los ejemplos a continuación aclaran la técnica. Ejemplo 1: Calcular ∫ sen 2x dx Resolución : No podemos usar la fórmula 9) directamente. Usamos una función du auxiliar: u = 2x luego du = 2 dx, luego dx = . Reemplazando: 2 du 1 1 ∫ sen 2x dx = ∫ senu ⋅ 2 = 2 ∫ senu du = ⋅ ( − cos u ) + C 2 1 1 =− cos u + C = − cos 2x + C 2 2 Página 8 de 27
  • 9. 5 Ejemplo 2: Calcular ∫ 3 − x dx 5 1 Resolución : ∫ 3 − x dx = 5 ∫ 3 − x dx , la fórmula 6) sugiere u = 3 – x luego du = - dx ∴ dx = -du. Reemplazando: 1 1 1 5 ∫ 3 − x dx = 5 ∫ u ⋅ (− du) = − 5 ∫ u du = − 5 lnu + C1 C = − 5 ln ( 3 − X ) + C1 = − ln (3 − x )5 + ln C = ln ( 3 − x )5 ∫ (x ) 4 3 Ejemplo 3: Calcular −5 ⋅ 3 x 2 dx Resolución : Es una potencia multiplicada por la diferencial de la base, la fórmula 5): ∫u r du sugiere, la fórmula 6) sugiere u = x3 - 5 ∴ du = 3 x2 dx. Reemplazando: ( x3 − 5 ) 5 5 ∫ (x ) 4 u ∫u 3 −5 ⋅ 3 x 2 dx = 4 du = +C= +C 5 5 −x Ejemplo 4: Calcular ∫e dx Resolución : u = - x, du = - dx ∴ dx = - du. Reemplazando: −x ∫e dx = ∫e u ( −du) = − eu du = − eu + C = − e− x + C ∫ Página 9 de 27
  • 10. cos ec x Ejemplo 5: Calcular ∫ 3 x dx 1 Resolución : Usamos ∫ cos ec u du, con u = x ∴ du = 2 x dx ∴ dx = 2 x du . Reemplazando: cos ec x cos ec u 2 ∫ 3 x dx = ∫ 3 x ⋅ 2 x du = 3 ∫ cos ec u du = 2 3 2 ln( cos ec u − cot u ) + C = ln cos ec x − cot x 3 ( ) +C dx Ejemplo 6: Calcular ∫ 1− 3 x 2 1 du Resolución : Usamos ∫ 1− u2 du , con u = x 3 ; du = 3 dx ∴ dx = 3 . Reemplazando: 1 1 du 1 1 ∫ 1− 3 x 2 dx = ∫ 1 − u2 ⋅ 3 = 3 ⋅ ∫ 1− u2 ⋅ du = 1 1 arc senu + C = = arc sen x 3 + C 3 3 dx Ejemplo 7: Calcular ∫ x2 + 14 x + 52 1 Resolución : Usando ∫ 1 + u2 du : x 2 + 14x + 52 = (x + 7 )2 + a . 52 = 49 + a ∴ a = 3 Página 10 de 27
  • 11. dx dx dx ∴ ∫ x2 + 14 x + 52 = ∫ 3 + ( x + 7 )2 = ∫   x + 7 2  3 1+      3     x+7 1 ∴ u= ∴ du = dx ∴ dx = 3 du 3 3 Reemplazando: dx 3 du 3 du 3 ∫ x2 + 14 x + 52 = ∫ 3 1+ u2  = 3 ∫ 1 + u2 = 3 arc tanu + C   3  x+7 arc tan  + C 3  3  Página 11 de 27
  • 12. GUIA DE EJERCICIOS N° 4 x4 ∫ 1 − . x3 dx = 4 +C 3x3 x ∫ 3 2 −. x dx = +C 4 dx 1 3 −. ∫ x2 =− x +C dz 4 −. ∫ 3 z2 = 33 z + C 2x3 5x 2 ∫( 5 − . 2x 2 − 5x + 3 dx ) = 3 − 2 + 3x + C 2t t 2t 2 t 6 − . (1 − t ) t dt ∫ = − +C 3 5 7 − . ( 3s + 4 ) ds 2 ∫ = 3s3 + 12s2 + 16s + C x3 + 5x 2 − 4 x2 4 8 −. ∫ x2 dx = 2 + 5x + + C x dz 9 −. ∫ z = ln z + C o ln Cz dx 10 − . ∫x+2 = ln(x + 2) + C Página 12 de 27
  • 13. ds 1 ∫ 2s + 3 11 − . = ln(2s + 3) + C 2 t dt 12 − . ∫ t2 − 1 = ln C t 2 − 1 x 2 dx  C  13 − . ∫ 1 − 2x3 = ln  6  1 − 2x 3    x+2 14 − . ∫ x + 1 dx = x + ln(x + 1) + C ∫ 15 − . e− x dx = −e− x + C e3x ∫ 16 − . e3x dx = 3 +C a2x ∫ 17 − . a2x dx = 2ln a +C 1 1 ex 18 − . ∫ x2 dx = −e x +C (e ) 4 x +1 ∫( ) 3 x x 19 − . e + 1 e dx = +C 4 dx 20 − . ∫ ex + 1 = x − ln(1 + e x ) + C (x ) 3 3 +2 ∫ (x ) 2 3 21 − . + 2 3x 2 dx = +C 3 Página 13 de 27
  • 14. 1 3 ∫( ) ( ) 9 3 22 − . x3 + 2 2 x 2 dx = x +2 2 +C 2 8x 2 dx 4 23 − . ∫ =− +C (x ) ( ) 3 2 3 3 +2 3 x +2 (x ) 3 3 x 2 4 4 +2 24 − . ∫ 4 x3 + 2 dx = 9 +C x x ∫ 25 − . sen( ) dx 2 = −2 cos( ) + C 2 1 ∫ 26 − . cos 3x dx = 3 sen 3x + C 2 ∫ 27 − . 2 tg3x dx = 3 ln sec 3x + C  5x  8 5x 5x ∫ 28 − . 4 cos ec   dx  2  = 5 ln cos ec 2 − cot 2 +C sen3 x ∫ 29 − . sen2 x cos x dx = 3 +C 1 ∫ 30 − . tg2x dx = ln sec 2x + C 2 1 ∫ 31 − . x cot x 2 dx = 2 ln sen x 2 + C 32 − . (1 + tg x ) dx 2 ∫ = tg x + 2ln sec x + C Página 14 de 27
  • 15. 1 ∫ 33 − . sec 2 2ax dx = 2a tg2ax + C sen x + cos x 34 − . ∫ cos x dx = ln sec x + x + C sen y 35 − . ∫ cos2 y dy = sec y + C ∫ 36 − . e x cos e x dx = sen e x + C e3cos 2x ∫ 37 − . e3cos 2x sen 2x dx =− 6 +C dz 38 − . ∫ 1 + cos z = − cot z + cos ec z + C sec x 39 − . ∫ x dx = 2ln sec x + tg x + C 2 40 − . ( tg2x + sec 2x ) dx ∫ = tg 2x + sec 2x − x + C sec x tg x 1 ∫ a + b sec xdx 41 − . = b ln a + b sec x + C dx 1 x 42 − . ∫ 9 + x2 = 3 arc tg   + C 3 dx 1  2x  43 − . ∫x 4x 2 − 9 = 3 arc sec   + C  3  Página 15 de 27
  • 16. x3 1 44 − . ∫ 1 − x8 dx = 4 arc sen x 4 + C dx 45 − . ∫ e x + e− x = arc tge x + C 3x − 5 3 5 x 46 − . ∫ x2 + 4 dx = 2 ln(x 2 + 4) − arctg   + C 2 2 dx 2 x −3 47 − . ∫ x2 − 6x + 11 = 2 arc tg   2  +C x−5 1  x + 1 48 − . ∫ x2 + 2x + 4dx = 2 ln x 2 + 2x + 4 − 2 3 arc tg   3  +C dx  x + 2 49 − . ∫ 20 − 4x − x 2 = arc sen   24  +C 3 ∫ 50 − . x 2 1 − xdx = −2 105 ( ) (1 − x ) 2 15x 2 + 12x + 8 + C x 2 −1 ∫ 51 − . 2x − 1 dx = 1 15 ( ) 2x − 1 3x 2 + 2x − 13 + C x 2 + 2x 1 52 − . ∫ (x + 1)2 dx =x + x +1 +C Página 16 de 27
  • 17. 1.2 Métodos de Integración 1.2.1 Integración por partes. d dv du Sean u = u (x), v = v ( x). Entonces (u ⋅ v ) = u + v en donde dx dx dx d (uv) = u dv + v du integrando obtenemos: ∫ d(u v ) = ∫ u dv + ∫ v du ∫ u v = u dv + ∫ v du ∴ ∫ u dv = uv − ∫ v du Fórmula de la Integración por Partes Para aplicar ésta fórmula, la función que se desea integrar debe ser un producto de funciones. En la integral, éste producto se separa en dos factores uno de los cuales debe continuar a dx. Uno de ellos se iguala a dx, y el que contiene a dx se iguala a dv. No hay normas para la separar los factores, pero ∫ v du debe ser una integral inmediata o más simple que ∫ u dv . Página 17 de 27
  • 18. Ejemplo 1: Calcular ∫ x cos x dx Resolución : De acuerdo a la fórmula de la integración por partes: x cos x dx = u dv ¿ Cuáles son u y dv ? Hay varias posibilidades: u dv x cos x dx cosx x dx x cos x dx 1 x cos x dx Ensayando el primer caso: u=x dv = cos x dx ∴ du = dx ∴ v = sen x Aplicando textualmente la fórmula: ∫ x cos x dx = x sen x − ∫ sen x dx = x sen x − ( − cos x ) + C = x sen x + cos x + C ....... resultó de inmediato ! Si hubiéramos ensayado el segundo caso: u = cos x dv = x dx x2 ∴ du = − sen x dx ∴v = 2 la fórmula habría dado: x x2 x x2 ∫ x cos x dx = 2 cos x − ∫ 2 ( − sen x) dx = cos x + 2 ∫ 2 sen x dx de donde ∫ v du es mas complicada que ∫ u dv de ..... la separación falla Página 18 de 27
  • 19. ∫x e 2x Ejemplo 2: Calcular dx Resolución : Sean: u=x dv = e 2 x dx 1 2x ∴ du = dx ∴v = e 2 1 2x 1 2x ∫xe ∫ 2x dx = x ⋅ e − e dx 2 2 1 1 1 = x ⋅ e2x − ⋅ e2x + C 2 2 2 1 1 2x = x e2x − e +C 2 4 Observación : Frecuentemente al aplicar la integración por partes la integral ∫ v du Resulta ser más simple que ∫ u dv , sin ser una integral inmediata. En estos casos se calcula aparte. ∫x 2 Ejemplo 3: Calcular sen x dx 2 Resolución : Sean: u=x dv = sen x dx ∴ du = 2x dx ∴ v = − cos x ∫x ∫ 2 sen x dx = x 2 ( − cos x) − ( − cos x ) 2x dx ∫ = − x 2 cos x + 2 x cos x dx (∗) ∫ ∴ v du que es ∫ x cos x dx es más simple que ∫ u dv que es ∫x 2 sen x dx, sin ser una int egral inmediata Calculándola aparte con el mismo tipo de separación: Página 19 de 27
  • 20. Para ∫ x cos x dx : u=x dv = cos x dx ∴ du = dx ∴ v = sen x ∴ ∫ x cos x dx ∫ = x sen x − sen x dx = x sen x + cos x que sustituida en ( ∗ ) : ∫x 2 sen x dx = − x 2 cos x + 2(x sen x + cos x ) + C Observación : También la integración por partes se utiliza para el cálculo de integrales más simples, pero no inmediatas. Ejemplo 4: Calcular ∫ ln x dx Resolución : Sean: u = lnx dv = dx 1 ∴ du = dx ∴v = x x 1 ∫ ∫ ∴ ln x dx = (ln x) ⋅ x − x ⋅ dx = x ln x − x + C x Ejemplo 5: Calcular ∫ arc cos x dx Resolución : Sean: u = arc cos x dv = dx 1 ∴ du = − dx ∴v = x 2 1− x   1 ∫ ∴ arc cos x dx = (arc cos x ) ⋅ x − ∫ x ⋅ −  dx  2   1− x  = x arc cos x − 1− x 2 + C Página 20 de 27
  • 21. EJERCICIOS PROPUESTO ∫ 1 − . ln x dx = x (ln x − 1) + C 2  ln x  ∫ 2 −.   x   dx = − x ( 1 2 ln x + 2ln x + 2 + C ) 3 2 2  2 4 8 3 −. ∫ x ln2 x dx = 3 x ln x − 3 ln x + 9  + C   x x x 4 −. ∫ x e 2 dx = 2x e 2 − 4 e2 +C −3x 1  2 2x 2  5 − . x 2 e−3x dx = ∫ − e x + 3 + 9 + C 3   ∫ 6 − . x sen x dx = − x cos x + sen x + C cosnx x sennx ∫ 7 − . x cosnx dx = n 2 + n +C 1 ∫ 8 − . arc cos 2x dx = x arc cos 2x − 2 1 − 4x 2 + C ∫ 9 − . x 2 cos x dx = x 2 sen x + 2x cos x − 2 sen x + C x3 x3 ∫ 10 − . x 2 ln 2x dx = 3 ln 2x − 9 +C 3 5 2x ( 3x − 5 ) 2 4 ( 3x − 5 ) 2 ∫ 11 − . x 3x − 5 dx = 9 − 135 +C Página 21 de 27
  • 22. x ex ex ∫ (1 + x )2 12 − . dx = 1+ x +C ln(x + 1) 13 − . ∫ dx = 2 x + 1 ( ln [ x + 1] − 2 ) + C x +1 1+ x 1 − x2 1+ x ∫ 14 − . x ln 1− x dx = x− 2 ln 1− x +C arc sen x arc sen x 1 + 1 − x2 15 − . ∫ x2 dx = − x − ln x +C 16 − . ln  x + 1 + x 2  dx = ∫  x ln  x + 1 + x 2  − 1 + x 2 + C       ∫ 17 − . arctg x dx = − x + (1 + x)arctg x + C x ∫ 18 − . sen x ln(tg x)dx = ln tg 2 − cos x ln tg x + C x2 x cos 2x ∫ 19 − . x sen2 x dx = − − sen 2x − 4 4 8 +C ∫ 20 − . e x dx = 2( x − 1) e x + C ∫ 21 − . x sen x dx = 2(6 − x) x cos x − 6(2 − x) sen x + C x earctg x (1 − x) earctg x 22 − . ∫ 3 dx = − 2 1 + x2 +C (1 + ) x 2 2 Página 22 de 27
  • 23. 1.2.3 Integrales Trigonométricas Corrientes. Recordemos las principales relaciones entre las funciones trigonométricas sen2 x + cos2 x = 1 1 + tg2 x = sec 2 x 1 + cot 2 x = co sec 2 x sen 2x = 2 sen x cos x 2 2 cos 2x = 2cos x − 1 cos 2x = 1 − 2 sen2 x 1 1 1 1 cos2 x = + cos 2x sen2 x = − cos 2x 2 2 2 2 ∫ sen 2 Ejemplo 1: Calcular x dx 1 1  1 1 ∫ sen ∫ ∫ ∫ 2 Resolución : x dx =  − cos 2x  dx = dx − cos 2x dx 2 2  2 2 1 1 1 1 1 = x − ⋅ sen 2x + C = x − sen 2x + C 2 2 2 2 4 ∫ cos 2 Ejemplo 2: Calcular dx 1 1  1 1 ∫ cos ∫ ∫ 2 dx ∫ 2 Resolución : dx =  + cos 2x  dx = + cos 2x dx 2 2  2 x 1 = + sen 2x + C 2 4 ∫ cos 2 Ejemplo 3: Calcular 2x dx 1 1  x 1 1 ∫ cos ∫ 2 Resolución : 2x dx =  + cos 4x  dx = + ⋅ sen 4x + C 2 2  2 2 4 x 1 = + sen 4x + C 2 8 Ejemplo 4: Calcular ∫ tan x dx sen x Resolución : ∫ tg x dx = ∫ cos x dx = u = cos x du = - sen x dx Página 23 de 27
  • 24. du =− ∫ u = − lnu + C = − lnu + C = − ln cos + C 1 = ln + C = ln sec x + C cos x ∫ sec 3 Ejemplo 5: Calcular x dx Resolución : Usando integración por partes: u = sec x dv = sec2 dx ∴ du = sec x tg x dx ∴ v = tg x ∫ ∫ ∴ sec 3 x dx = sec x ⋅ tgx − tg x ⋅ sec x ⋅ tg x dx = sec x ⋅ tgx − ∫ sec x ⋅ tg 2 x dx = sec x ⋅ tgx − ∫ sec x ⋅ ( sec 2 x − 1) dx ∫ sec x dx = sec x ⋅ tgx − ∫ sec x dx + ∫ sec x dx 3 3 2∫ sec 3 x dx = sec x ⋅ tgx + ∫ sec x dx = sec x ⋅ tgx + ln( sec x + tg x) + C 1 1 ∫ ∴ sec 3 x dx = 2 sec x ⋅ tgx + ln( sec x + tg x) + C 2 Página 24 de 27
  • 25. 1.2.3 Integración usando Sustituciones Trigonométricas. La integración por sustitución consiste en sustituir la variable de integración con una nueva variable. Existen muchos tipos de sustituciones. Las sustituciones trigonométricas que usaremos, las aplicaremos cuando en él integrando aparezca una sola raíz de la forma: a a2 + b2 u2 , con u = u(x), la sustitucion sera : u = tg z b a a2 − b2 u2 , con u = u(x), la sustitucion sera : u = sen z b a b2 u2 − a2 , con u = u(x), la sustitucion sera : u = sec z b + Al aplicar la sustitución se suponen: a, b ∈ . En el resultado final se vuelve a la variable x . dx Ejemplo 1: Calcular ∫ x2 9 + x2 3 Resolución : Primer caso: a = 3, b = 1, u = x, ∴ x = tg z, dx = 3 sec 2 z dz 1 dx 3 sec 2 z dz 1 ∫ x2 9 + x2 = ∫ 9 tg2 ⋅ 9 + 9 tg2 z = 9∫cos ec z cot z dz 1 =− ( − cos ec z ) + C 9 x volviendo a la variable x, dx x = 3 tg z obtenemos tg z = 3 Página 25 de 27
  • 26. 9 + x2 x 9 + x2 ∴ z ∴ cos ec z = x 3 dx 1 9 + x2 ∫ x2 9 + x2 =− ⋅ 9 x Ejemplo 2: Calcular ∫ 7 − x 2 dx Resolución : Segundo caso: a = 7 , b = 1, u = x, 7 ∴ x= sen z, x = 7 sen z ∴ dx = 7 cos z dz 1 ( ) 2 ∫ 7 − x2 = ∫ 7− 7 sen z ⋅ 7 cos z dz = ∫ 7 ⋅ 7 ⋅ 1 − sen2 z cos z dz = 7 cos2 z dz = ∫ 1 1  7 7 ∫ 7  + cos 2z  dz = 2 2  2 ∫ dz + 2 ∫ cos 2z dz = 7 7 1 7 7 z + ⋅ sen 2z + C = z + sen 2z + C = 2 2 2 2 4 7 7 z + 2 sen z cos z + C 2 4 x volviendo a la variable x, dx x = 7 sen z obtenemos sen z = 7 Página 26 de 27
  • 27. 7 x ∴ z 7 − x2 x  x  7 − x2 De sen z = obtenemos z = arc sen   , y del triangulo : cos z = . 7  7 7   Sustituyendo estos valores en (∗) obtenemos: Página 27 de 27