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formulario de derivadas y integrales
Tipo: Apuntes
1 / 9
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𝑡𝑔𝑛𝑥. sec𝑚𝑥𝑑𝑥; 𝑐𝑡𝑔𝑛𝑥. csc𝑚𝑥𝑑𝑥 ......................................................................................................................... 5
e) Otras formas de integrales trigonométricas.................................................................................................... 5
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
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
2
2
𝑛
𝑛− 1
𝑛
𝑛
𝑛− 1
𝑢
𝑢
𝑢
𝑢
. ln 𝑎.
𝑣
𝑣
(ln 𝑢.
(ln 𝑢) =
log
𝑎
ln 𝑎
log
𝑎
2
2
2
2
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
2
𝑑𝑢 =
𝑢
2
√ 𝑢
2
2
𝑎
2
2
𝑙𝑛 |
𝑢 + √𝑢
2
2
𝑎
| + 𝐶
2
2
2
2
2
2
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.
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
2
𝐸
𝑥 − 𝛼
3
+.. +
𝑍 𝑛
𝑥 − 𝛼
𝑛
)
Dónde: 𝐴, 𝐵, … , 𝑍 𝑛
, son constantes que se van a determinar
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 (
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
Cálculo de la forma:
2
𝑛
Dónde: 𝑥
2
irreducible
Para el cálculo de estas integrales se debe escribir en la
forma:
∫
𝐴𝑥 + 𝐵
(𝑥
2
𝑛
𝑑𝑥 =
𝑃(𝑥)
(𝑥
2
𝑛− 1
𝐶𝑥 + 𝐷
(𝑥
2
𝑑𝑥
𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑃
( 𝑥
) 𝑒𝑠 𝑢𝑛 𝑝𝑜𝑙𝑖𝑛𝑜𝑚𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 < 2
( 𝑛 − 1
) = 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 (𝑥
2
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/
𝑄
( 𝑥
( 𝑥 − 𝑎 1
)
𝛼
1 ( 𝑥 − 𝑎 2
)
𝛼
𝑟
(𝑥
2
)
𝛽
1
(𝑥
2
)
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)
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
= ∫
(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:
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