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Orientación Universidad
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formulario de mate 2, Apuntes de Ingeniería

formulario de derivadas y integrales

Tipo: Apuntes

2015/2016

Subido el 19/04/2023

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samir-jesus-1 🇵🇪

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Ing. Yury Málaga Tejada
1
Tabla de contenido
REGLAS DE DERIVACIÓN .................................................................................................................................................. 2
1. Función Constante ............................................................................................................................................... 2
2. Función Identidad ................................................................................................................................................ 2
3. Suma/resta de Funciones .................................................................................................................................... 2
4. Producto .............................................................................................................................................................. 2
a. Constante por función ......................................................................................................................................... 2
b. Producto de 2 funciones ...................................................................................................................................... 2
c. Producto por 3 funciones .................................................................................................................................... 2
5. División ................................................................................................................................................................ 2
a. Constante entre función ...................................................................................................................................... 2
b. División de Funciones .......................................................................................................................................... 2
6. Función Radical .................................................................................................................................................... 2
7. Función elevada a un exponente ......................................................................................................................... 2
8. Exponenciales ...................................................................................................................................................... 2
9. Función Logarítmica ............................................................................................................................................. 2
10. Funciones Trigonométricas .............................................................................................................................. 3
11. Funciones Trigonométricas Recíprocas ........................................................................................................... 3
12. Funciones Trigonométricas hiperbólicas ......................................................................................................... 3
13. Funciones Trigonométricas hiperbólicas Recíprocas ....................................................................................... 3
14. Funciones Trigonométricas Inversas ............................................................................................................... 3
15. Funciones Trigonométricas hiperbólicas Inversas ........................................................................................... 3
FÓRMULAS BÁSICAS DE INTEGRACIÓN ........................................................................................................................... 3
1. Primeras fórmulas básicas de integración ........................................................................................................... 3
2. Segundas fórmulas básicas de integración .......................................................................................................... 4
3. Terceras fórmulas básicas de integración ........................................................................................................... 4
4. Cuartas fórmulas básicas de integración ............................................................................................................. 4
MÉTODOS DE INTEGRACIÓN ........................................................................................................................................... 4
1. Integración por partes ......................................................................................................................................... 4
2. Integración de las funciones trigonométricas ..................................................................................................... 4
a) para el cálculo de las integrales de la forma ................................................................................................... 4
𝑠𝑒𝑛𝑛𝑥𝑑𝑥,𝑐𝑜𝑠𝑛𝑥𝑑𝑥 .................................................................................................................................................. 4
b) para el cálculo de las integrales de la forma ................................................................................................... 5
𝑡𝑔𝑛𝑥𝑑𝑥; 𝑐𝑡𝑔𝑛𝑥𝑑𝑥 .................................................................................................................................................. 5
c) para el cálculo de las integrales de la forma ................................................................................................... 5
𝑠𝑒𝑛𝑚𝑥.𝑐𝑜𝑠𝑛𝑥𝑑𝑥 ..................................................................................................................................................... 5
d) para el cálculo de las integrales de la forma ................................................................................................... 5
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pf8
pf9

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Tabla de contenido

  • REGLAS DE DERIVACIÓN
      1. Función Constante
      1. Función Identidad
      1. Suma/resta de Funciones
      1. Producto
    • a. Constante por función
    • b. Producto de 2 funciones
    • c. Producto por 3 funciones
      1. División
    • a. Constante entre función
    • b. División de Funciones
      1. Función Radical
      1. Función elevada a un exponente
      1. Exponenciales
      1. Función Logarítmica.............................................................................................................................................
      1. Funciones Trigonométricas..............................................................................................................................
      1. Funciones Trigonométricas Recíprocas
      1. Funciones Trigonométricas hiperbólicas
      1. Funciones Trigonométricas hiperbólicas Recíprocas.......................................................................................
      1. Funciones Trigonométricas Inversas
      1. Funciones Trigonométricas hiperbólicas Inversas
  • FÓRMULAS BÁSICAS DE INTEGRACIÓN
      1. Primeras fórmulas básicas de integración
      1. Segundas fórmulas básicas de integración
      1. Terceras fórmulas básicas de integración
      1. Cuartas fórmulas básicas de integración
  • MÉTODOS DE INTEGRACIÓN
      1. Integración por partes
      1. Integración de las funciones trigonométricas
      • a) para el cálculo de las integrales de la forma
      • 𝑠𝑒𝑛𝑛𝑥𝑑𝑥, 𝑐𝑜𝑠𝑛𝑥𝑑𝑥
      • b) para el cálculo de las integrales de la forma
      • 𝑡𝑔𝑛𝑥𝑑𝑥; 𝑐𝑡𝑔𝑛𝑥𝑑𝑥
      • c) para el cálculo de las integrales de la forma
      • 𝑠𝑒𝑛𝑚𝑥. 𝑐𝑜𝑠𝑛𝑥𝑑𝑥
      • d) para el cálculo de las integrales de la forma

𝑡𝑔𝑛𝑥. sec𝑚𝑥𝑑𝑥; 𝑐𝑡𝑔𝑛𝑥. csc𝑚𝑥𝑑𝑥 ......................................................................................................................... 5

e) Otras formas de integrales trigonométricas.................................................................................................... 5

  1. Fórmulas por sustitución trigonométrica ............................................................................................................ 6

a) 1°caso: para la integral de la forma 𝑎 2 + 𝑢 2 .................................................................................................. 6

b) 2°caso: para la integral de la forma 𝑎 2 − 𝑢 2 .................................................................................................. 6

c) 3°caso: para la integral de la forma 𝑢 2 − 𝑎 2 .................................................................................................. 6

  1. Fórmulas de funciones racionales ....................................................................................................................... 6

a) 1°caso: para la integral de la forma 𝐴𝑥 + 𝐵𝑎𝑥 2 + 𝑏𝑥 + 𝑐 ............................................................................. 6

b) 2°caso: factores lineales y distintas. ................................................................................................................ 6

c) 3°caso: factores lineales y repetidas. .............................................................................................................. 6

d) 4°caso: factores lineales y cuadráticas irreducibles no repetidas. .................................................................. 6

e) 5°caso: factores lineales y cuadráticos irreducibles repetidas. ....................................................................... 7

  1. Integrales de funciones racionales de seno y coseno ......................................................................................... 7
  2. Fórmula de Hermite - Ostrogradski ..................................................................................................................... 7
  3. Integrales de funciones irracionales .................................................................................................................... 8

REGLAS DE DERIVACIÓN

1. Función Constante

2. Función Identidad

3. Suma/resta de Funciones

4. Producto

a. Constante por función

b. Producto de 2 funciones

c. Producto por 3 funciones

5. División

a. Constante entre función

2

b. División de Funciones

2

6. Función Radical

𝑛

𝑛− 1

𝑛

7. Función elevada a un exponente

𝑛

𝑛− 1

8. Exponenciales

𝑢

𝑢

𝑢

𝑢

. ln 𝑎.

𝑣

𝑣

(ln 𝑢.

9. Función Logarítmica

(ln 𝑢) =

log

𝑎

ln 𝑎

log

𝑎

2

2

2

2

2. Segundas fórmulas básicas de integración

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

√ 𝑢

2

− 𝑎

2

𝑑𝑢 =

𝑢

2

√ 𝑢

2

− 𝑎

2

𝑎

2

2

𝑙𝑛 |

𝑢 + √𝑢

2

− 𝑎

2

𝑎

| + 𝐶

√ 𝑢

2

  • 𝑎

2

𝑑𝑢 =

𝑢

2

√ 𝑢

2

  • 𝑎

2

𝑎

2

2

𝑙𝑛 |

𝑢 + √𝑢

2

  • 𝑎

2

𝑎

| + 𝐶

2

2

3. Terceras fórmulas básicas de integración

2

2

4. Cuartas fórmulas básicas de integración

2

2

MÉTODOS DE INTEGRACIÓN

1. Integración por partes

También existen casos especiales con funciones cíclicas,

que son: 𝑒

𝑢

, sin 𝑢 𝑦 cos 𝑢. Estas se pueden combinar

con polinomios y entre sí.

2. Integración de las funciones trigonométricas

a) para el cálculo de las integrales de la forma

∫ 𝑠𝑒𝑛

𝑛

𝑥𝑑𝑥 , ∫ 𝑐𝑜𝑠

𝑛

𝑥𝑑𝑥

1er caso: “n” = número entero positivo par

2

1 −𝑐𝑜𝑠 2 𝑥

2

2

1 +𝑐𝑜𝑠 2 𝑥

2

2do caso: n= número entero positivo impar

𝑛

𝑛− 1

𝑛

𝑛− 1

Luego se usa la identidad 𝑠𝑒𝑛

2

2

I - > inversas

L - > Logarítmicas

A - > Algebraica o Aritmética

T - > Trigonométricas

E - > Exponenciales

3er caso: “forma práctica”

cos(𝑛𝑥)

sen (𝑛𝑥)

4to caso: “forma práctica”

𝑛

cos

𝑛+ 1

𝑛

(𝑘𝑥) sen(𝑘𝑥) 𝑑𝑥 = −

𝑛+ 1

b) para el cálculo de las integrales de la forma

∫ 𝑡𝑔

𝑛

𝑥𝑑𝑥; ∫ 𝑐𝑡𝑔

𝑛

𝑥𝑑𝑥

1er caso: “n” = número entero positivo par

𝑛

𝑛− 2

2

𝑛

𝑛− 2

2

Luego se usan las identidades

2

2

2

2

2do caso: “n” = número entero positivo impar

𝑛

𝑛− 1

2

𝑛− 1

2 𝑡𝑔𝑥𝑑𝑥

∫ 𝑐𝑡𝑔

𝑛

𝑥𝑑𝑥 = ∫ 𝑐𝑡𝑔

𝑛− 1

𝑥. 𝑐𝑡𝑔𝑥𝑑𝑥 = ∫(𝑐𝑡𝑔

2

𝑥)

𝑛− 1

2 𝑐 𝑡𝑔𝑥𝑑𝑥

Luego se usan las identidades

2

2

2

2

c) para el cálculo de las integrales de la forma

∫ 𝑠𝑒𝑛

𝑚

𝑥. 𝑐𝑜𝑠

𝑛

𝑥𝑑𝑥

1er caso: “m” o “n” = positivo impar y el otro cualquier

número.

i) si “m” es número impar y “n” cualquier número

𝑚

𝑛

𝑚− 1

𝑛

Luego se usa la identidad 𝑠𝑒𝑛

2

2

ii) si “n” es número impar y “m” cualquier número

𝑚

𝑛

𝑚

𝑛− 1

Luego se usa la identidad 𝑠𝑒𝑛

2

2

2do caso: “m” y “n” entero positivo par

2

1 −𝑐𝑜𝑠 2 𝑥

2

2

1 +𝑐𝑜𝑠 2 𝑥

2

Y con esta sustitución la integral

∫ 𝑠𝑒𝑛

𝑚

𝑥. 𝑐𝑜𝑠

𝑛

𝑥𝑑𝑥

Se transforma en:

∫ 𝑠𝑒𝑛

𝑛

𝑥𝑑𝑥

d) para el cálculo de las integrales de la forma

∫ 𝑡𝑔

𝑛

𝑥. sec

𝑚

𝑥𝑑𝑥; ∫ 𝑐𝑡𝑔

𝑛

𝑥. csc

𝑚

𝑥𝑑𝑥

1er caso: “n” = positivo impar y “m” = cualquier

número:

∫ 𝑡𝑔

𝑛

𝑥. sec

𝑚

𝑥𝑑𝑥 = ∫ 𝑡𝑔

𝑛− 1

𝑥. sec

𝑚− 1

𝑥. 𝑡𝑔𝑥. sec 𝑥 𝑑𝑥

𝑛

𝑥. csc

𝑚

𝑛− 1

𝑥. csc

𝑚− 1

𝑐𝑡𝑔𝑥. csc 𝑥 𝑑𝑥

Luego se usan las identidades

2

2

2

2

2do caso: “m” = positivo par y “n” = cualquier número.

𝑛

𝑥. sec

𝑚

𝑛

𝑥. sec

𝑚− 2

𝑥. sec

2

𝑛

𝑥. csc

𝑚

𝑛− 1

𝑥. csc

𝑚− 2

𝑥. csc

2

Luego se usan las identidades

2

2

2

2

e) Otras formas de integrales trigonométricas.

De las formas de producto de ángulos distintos:

∫ sen(𝑝𝑥). cos(𝑛𝑥) 𝑑𝑥

∫ sen(𝑝𝑥). sen(𝑛𝑥) 𝑑𝑥

∫ cos

. cos

Para el cálculo de este tipo de integrales se debe usar

las siguientes identidades trigonométricas:

sen

. cos

[

sen

𝑥 + sin

]

sen

. sen

[

cos

𝑥 − cos

]

cos(𝑝𝑥). cos(𝑛𝑥) =

[

cos(𝑝 − 𝑛)𝑥 + cos(𝑝 + 𝑛)𝑥

]

sin(−𝑥) = − sin 𝑥

cos(−𝑥) = cos 𝑥

e) 5°caso: factores lineales y cuadráticos irreducibles

repetidas.

Cuando en la integral

𝑃(𝑥)

𝑄(𝑋)

, la función polinómica Q(x)

se descompone en factores lineales y cuadráticos

repetidos en donde los factores cuadráticos

irreducibles se repiten, es decir

(𝑥)

𝑛

2

2

3

𝑛

A la función racional

𝑃(𝑥)

𝑄(𝑋)

se expresa como una suma de

fracciones simples:

𝑃

( 𝑥

)

𝑄(𝑥)

= ∫ (

𝐴𝑥 + 𝐵

𝑥

2

  • 𝑏𝑥 + 𝑐

𝐶𝑥 + 𝐷

(𝑥

2

  • 𝑏𝑥 + 𝑐)

2

𝐸

𝑥 − 𝛼

3

+.. +

𝑍 𝑛

𝑥 − 𝛼

𝑛

)

Dónde: 𝐴, 𝐵, … , 𝑍 𝑛

, son constantes que se van a determinar

5. Integrales de funciones racionales de seno y

coseno

Las integrales racionales de seno y coseno son de la

forma

∫ 𝑅(𝑠𝑒𝑛𝑥; 𝑐𝑜𝑠𝑥)𝑑𝑥 … (α)

Dónde R es una función racional para el cálculo de este

tipo de integrales, se debe de transformar en integrales

de funciones racionales de una sola variable z, mediante

la sustitución siguiente:

Ahora mediante un triángulo, obtenemos las relaciones.

Tomando la función seno y coseno

2

2

𝐶𝑜𝑚𝑜: sen 𝑥 = 2sen (

) cos (

Ahora reemplazando (2) en (3):

sen 𝑥 =

2

𝐴𝑑𝑒𝑚á𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑐𝑜𝑠 𝑥 = 𝑐𝑜𝑠

2

2

𝐿𝑢𝑒𝑔𝑜 𝑟𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑚𝑜𝑠 ( 2 ) 𝑒𝑛 ( 5 ) cos 𝑍

2

2

𝐶𝑜𝑚𝑜: tan

𝑥

2

= 𝑧 → 𝑥 = 2 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔𝑧, 𝑑𝑒 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒: 𝑑𝑥 =

2 𝑑𝑧

1 + 𝑧

2

.. ( 7 )

Por lo tanto, al sustituir (4), (6), (7) en (α) se obtiene una

integral de una función racional en z.

OBSERVACIÓN: en el cálculo de las integrales de las

funciones de seno y coseno, que se realiza mediante la

sustitución: 𝑧 = tan

𝑥

2

, en muchos casos se presentan

cálculo complicados, por lo tanto en dichos casos se

puede hacer otra sustitución de manera que se

simplifique el desarrollo de la integral

𝑅(𝑠𝑒𝑛𝑥, 𝑐𝑜𝑠𝑥) para esto consideremos los siguientes

casos:

1°caso: si la función 𝑅 (𝑠𝑒𝑛𝑥, 𝑐𝑜𝑠𝑥) es una función

impar respecto a sen 𝑥 , es decir:

Si 𝑅(−𝑠𝑒𝑛𝑥, 𝑐𝑜𝑠𝑥) = −𝑅(𝑠𝑒𝑛𝑥, 𝑐𝑜𝑥) en este caso se

hace la sustitución 𝑡 = cos 𝑥

2°caso: si la función 𝑅 (𝑠𝑒𝑛𝑥, 𝑐𝑜𝑠𝑥) es una función

impar respecto a sen 𝑥 y cos 𝑥 es decir

Si 𝑅(𝑠𝑒𝑛𝑥, −𝑐𝑜𝑠𝑥) = −𝑅(𝑠𝑒𝑛𝑥, 𝑐𝑜𝑥) en este caso se

hace la sustitución 𝑡 = sen 𝑥

3°caso: si la función 𝑅 (𝑠𝑒𝑛𝑥, 𝑐𝑜𝑠𝑥) es una función par

respecto a sen 𝑥 y cos 𝑥 es decir

Si 𝑅(−𝑠𝑒𝑛𝑥, −𝑐𝑜𝑠𝑥) = 𝑅(𝑠𝑒𝑛𝑥, 𝑐𝑜𝑥) en este caso se

hace la sustitución 𝑡 = 𝑡𝑔𝑥

6. Fórmula de Hermite - Ostrogradski

Cálculo de la forma:

2

𝑛

Dónde: 𝑥

2

  • 𝑏𝑥 + 𝑐 es una expresión cuadrática

irreducible

Para el cálculo de estas integrales se debe escribir en la

forma:

𝐴𝑥 + 𝐵

(𝑥

2

  • 𝐵𝑥 + 𝑐)

𝑛

𝑑𝑥 =

𝑃(𝑥)

(𝑥

2

  • 𝐵𝑥 + 𝑐)

𝑛− 1

𝐶𝑥 + 𝐷

(𝑥

2

  • 𝐵𝑥 + 𝑐)

𝑑𝑥

𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑃

( 𝑥

) 𝑒𝑠 𝑢𝑛 𝑝𝑜𝑙𝑖𝑛𝑜𝑚𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 < 2

( 𝑛 − 1

) = 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 (𝑥

2

  • 𝐵𝑥 + 𝑐)

𝑛− 1

y los coeficientes de 𝑝(𝑥) así como C y D se hallan

derivado ambos miembros.

Si en la función

𝑃(𝑥)

𝑄(𝑥)

, la función polinomica 𝑄(𝑥) se

descompone en factores de multiplicidad, es decir:

2

X/

Z

𝑄

( 𝑥

)

( 𝑥 − 𝑎 1

)

𝛼

1 ( 𝑥 − 𝑎 2

)

𝛼

𝑟

(𝑥

2

  • 𝑏𝑥 + 𝑐 1

)

𝛽

1

(𝑥

2

  • 𝑏𝑥 + 𝑐 1

)

𝛽

2

Entonces a la integral

𝑃(𝑥)

𝑄(𝑥)

se expresa en la forma

siguiente:

𝑃(𝑥)

𝑄(𝑥)

𝑑𝑥 =

𝑓(𝑥)

𝑄

1

(𝑥)

𝑔(𝑥)

𝑄

2

(𝑥)

𝑑𝑥 … (𝛼)

Dónde: 𝑄 1

(𝑥) es el máximo común divisor de los

polinomios 𝑄(𝑥) y de su derivada: 𝑄´(𝑥) Y

2

𝑄(𝑥)

𝑄

1

(𝑥)

además, 𝑓(𝑥) y 𝑞(𝑥) son polinomios con

coeficientes indeterminados, cuyos grados son menores

en una unidad que los polinomios 𝑄 1

(𝑥) y 𝑄

2

respectivamente.

Los coeficientes indeterminados de los polinomios 𝑓(𝑥)

y 𝑔(𝑥) se calcula derivando la ecuación (α)

7. Integrales de funciones irracionales

1°integración de la forma:

2

El cálculo de estas integrales se realiza completando

cuadrados en el trinomio

2

2

2

2

2

2

2

2

2

(𝐴𝑥 + 𝐵)𝑑𝑥

√𝑎𝑥

2

  • 𝑏𝑥 + 𝑐

= ∫

(𝐴𝑥 + 𝐵)𝑑𝑥

𝑎 (𝑥 +

𝑏

2 𝑎

)

2

4 𝑎𝑐 − 𝑏

2

4 𝑎

Luego se hace la sustitución 𝑧 = 𝑥 +

𝑏

2 𝑎

y se aplica las

fórmulas básicas de integración.

2°integración de la forma:

∫ 𝑅 [𝑥,

] 𝑑𝑥

Dónde: a, b, c, d son constantes y n es un número natural

y además 𝑎𝑑 − 𝑐𝑑 ≠ 0 para calcular estas integrales se

debe transformar en integrales de funciones racionales

en z, mediante la sustitución

𝑎𝑥+𝑏

𝑐𝑥+𝑑

; despejando 𝑥 se tiene 𝑥 =

𝑏−𝑑𝑧

𝑛

𝑐𝑧

𝑛

−𝛼

de donde:

𝑛𝑧

𝑛− 1

(𝑎𝑑−𝑏𝑐)

(𝑐𝑧

𝑛

−𝛼)

2

3°integración de la forma:

∫ 𝑅 [𝑥, (

𝑎𝑥 + 𝑏

𝑐𝑥 + 𝑑

)

𝑝 1

𝑞

1

, (

𝑎𝑥 + 𝑏

𝑐𝑥 + 𝑑

)

𝑝 3

𝑞

3

,.. , (

𝑎𝑥 + 𝑏

𝑐𝑥 + 𝑑

)

𝑝 1

𝑞

1

] 𝑑𝑥

Dónde a, b, c, d son constantes y además 𝑎𝑑 − 𝑏𝑐 ≠ 0 ;

1

2

𝑘

1 ,

2

𝑘

son números enteros, siendo R

una función racional

Para calcular estas integrales, se debe transformar en

una integral de una función racional en z, mediante la

sustitución 𝑧

𝑛

𝑎𝑥+𝑏

𝑐𝑥+𝑑

, donde n es el mínimo común

múltiplo de los números 𝑞

1 ,

2

𝑘

4°integración de la forma:

𝑛

2

Donde 𝑃

𝑛

(x) es un polinomio de grado n, para calcular

integrales, a la integral expresamos en la forma:

𝑛

2

𝑛− 1

2

2

Dónde: 𝑄

𝑛− 1

es un polinomio de grado n-1, con

coeficientes indeterminados y es un número real

Los coeficientes de 𝑄

𝑛− 1

t el número, se encuentran

derivando la ecuación ... (1)

5°integración de la forma:

2

𝑛

Para calcular estas integrales se debe de transformar en

integrales de la forma del 4° caso valiéndose de la

sustitución

6°integración de la forma:

𝑚

𝑛

𝑝

Donde m, n y p son números racionales