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Primitivas Integrales: Cálculo de Áreas, Longitudes y Volúmenes, Ejercicios de Matemáticas

Este documento contiene problemas relacionados con el cálculo de primitivas inmediatas y integrales por partes, así como el cálculo de áreas, longitudes y volúmenes de diferentes curvas y figuras geométricas. Además, se abordan propiedades básicas de la integral definida y se aplican simetrías para calcular áreas. El documento está escrito en el contexto de un curso de ciencias ambientales de grado en matemáticas.

Tipo: Ejercicios

2012/2013

Subido el 10/07/2013

shiah
shiah 🇪🇸

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bg1
Matem´aticas. Grado en Ciencias Ambientales
Hoja de problemas 5. Curso 2011/12
alculo de primitivas.
1. Calcular las siguientes primitivas inmediatas:
a)Zx3
32
x2dx b)Z1
x24
xx+ 2 4
xdx
c)Z3x2dx d)Z(5x1)3dx
e)Zsen(3x2) dx f)Zsen2xcos x dx
g)Zcos(ln x)
xdx h)Zx
x2+ 1 dx
2. Usando la integraci´on por partes,
calcular las siguientes primitivas:
a)Zxsenx dx b)Z(x+ 1) cos x dx
c)Zx2ln x dx d)Zxexdx
e)Zsen(3x2) dx f)Zsen2xcos x dx
g)Zarctan x dx h)Zx
cos2xdx
3. Usando la ecnica de cambio de vari-
able, calcular las siguientes primitivas:
a)Zln x
xdx b)Zexe2x
1 + exdx
c)Zx
x1dx d)Z4
x
1 + xdx
e)Zsen3x
cos xdx f)Zcos x
sen2x2senx+ 1 dx
g)Zex
1e2xdx h)Zdx
px(4 9x)dx
Propiedades asicas de la integral definida.
1. En los ejercicios siguientes esbozar la gr´afica de la
regi´on cuya ´area representa la integral y calcular su
´area
a) Z3
1
4dx b) Z3
0
(x+ 2) dx
c) Z3
1
(2x1) dx d) Z2
0
(x+ 4) dx
e) Z4
3
(x29) dx f) Z2
1
(x2+x+ 2) dx
2. Sabiendo que Z3
0
f(x)dx = 4 y Z6
3
f(x)dx =1,
hallar:
a) Z6
0
f(x)dx b) Z3
6
f(x)dx
c) Z3
3
f(x)dx d) Z6
35f(x)dx
3. Sabiendo que Z6
2
f(x)dx = 10 y Z6
2
g(x)dx =2,
hallar:
a) Z6
2
[f(x) + g(x)] dx b) Z6
2
[g(x)f(x)] dx
c) Z6
2
2g(x)dx d) Z6
2
3f(x)dx
4. La gr´afica de y=x42x2+ 1 y la de y= 1
x2se cortan en tres puntos. Sin embargo, el ´area
entre ellas se puede calcular con olo una integral.
Explicar por qu´e y escribir esa integral.
5. El ´area de la regi´on comprendida entre las gr´aficas
de y=x3ey=xno se puede calcular mediante
la integral ´unica Z1
1
(x3x)dx. Explicar la raz´on.
Usando las simetr´ıas de las dos fuciones, calcular el
´area mediante una ´unica integral.
alculo de ´areas, longitudes y vol´umenes.
6. Calcular las siguientes ´areas
(a) ´
Area limitada por la funci´on f(x) = exy el eje
OX, entre las abcisas x= 0 y x= log 2.
(b) ´
Area limitada por y=x2, la recta y=x+ 2
y el eje de abcisas.
(c) ´
Area comprendida entre la par´abola x= 8 +
2yy2y el eje OY, entre las ordenadas y=
1e y = 3.
(d) ´
Area limitada por las curvas f(x) = x2exy
g(x) = ex.
(e) ´
Area limitada por las curvas y=x2+ 2x, y =
x2+ 4xey=x.
(f) ´
Area limitada por f(x) = ex(1 x), g(x) =
x1 y el eje OY.
7. Calcular las longitudes de las curvas que se indican.
(a) Longitud de la circunferencia de radio r.
(b) Longitud del segmento de recta que une los
puntos (a, A) y (b, B).
(c) Longitud del arco de par´abola y=x2compren-
dido entre x=1 y x= 1. Utilizar la ormula
de los trapecios para aproximar el valor con 3
cifras decimales exactas.
(d) La forma de un cable que cuelga suspendida de
sus extremos situados en x=Myx=M
viene dada por la curva llamada catenaria,
c(x) = eax+eax
2a, siendo auna constante pos-
itiva. Calcular la longitud del cable requerido
por la ıa del AVE de Sevilla a Madrid, sabi-
endo que M= 50m, y a= 0.03.
1
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Matem´aticas. Grado en Ciencias Ambientales

Hoja de problemas 5. Curso 2011/ C´alculo de primitivas.

  1. Calcular las siguientes primitivas inmediatas:

a)

∫ (^

x^3 3

x^2

dx b)

∫ (^

x^2

x

x

x

dx

c)

3 x − 2 dx d)

(5x − 1)^3 dx

e)

sen(3x − 2) dx f)

sen^2 x cos x dx

g)

cos(ln x) x

dx h)

x x^2 + 1

dx

  1. Usando la integraci´on por partes, calcular las siguientes primitivas: a)

x senx dx b)

(x + 1) cos x dx

c)

x^2 ln x dx d)

xex^ dx

e)

sen(3x − 2) dx f)

sen^2 x cos x dx

g)

arctan x dx h)

x cos^2 x

dx

  1. Usando la t´ecnica de cambio de vari- able, calcular las siguientes primitivas:

a)

ln x x

dx b)

ex^ − e^2 x 1 + ex^

dx

c)

x √ x − 1

dx d)

x 1 +

x

dx

e)

sen^3 x cos x

dx f)

cos x sen^2 x − 2senx + 1

dx

g)

e−x 1 − e−^2 x^ dx h)

dx √ x(4 − 9 x)

dx

Propiedades b´asicas de la integral definida.

  1. En los ejercicios siguientes esbozar la gr´afica de la regi´on cuya ´area representa la integral y calcular su ´area

a)

1

4 dx b)

0

(x + 2) dx

c)

1

(2x − 1) dx d)

0

(x + 4) dx

e)

3

(x^2 − 9) dx f)

− 1

(−x^2 + x + 2) dx

  1. Sabiendo que

0

f (x) dx = 4 y

3

f (x) dx = −1, hallar:

a)

0

f (x) dx b)

6

f (x) dx

c)

3

f (x) dx d)

3

− 5 f (x) dx

  1. Sabiendo que

2

f (x) dx = 10 y

2

g(x) dx = −2, hallar:

a)

2

[f (x) + g(x)] dx b)

2

[g(x) − f (x)] dx

c)

2

2 g(x) dx d)

2

3 f (x) dx

  1. La gr´afica de y = x^4 − 2 x^2 + 1 y la de y = 1 − x^2 se cortan en tres puntos. Sin embargo, el ´area entre ellas se puede calcular con s´olo una integral. Explicar por qu´e y escribir esa integral.
  2. El ´area de la regi´on comprendida entre las gr´aficas de y = x^3 e y = x no se puede calcular mediante

la integral ´unica

− 1

(x^3 − x) dx. Explicar la raz´on. Usando las simetr´ıas de las dos fuciones, calcular el ´area mediante una ´unica integral. C´alculo de ´areas, longitudes y vol´umenes.

  1. Calcular las siguientes ´areas

(a) Area limitada por la funci´´ on f (x) = ex^ y el eje OX, entre las abcisas x = 0 y x = log 2. (b) Area limitada por´ y = x^2 , la recta y = −x + 2 y el eje de abcisas. (c) Area comprendida entre la par´´ abola x = 8 + 2 y − y^2 y el eje OY, entre las ordenadas y = − 1 e y = 3. (d) Area limitada por las curvas´ f (x) = x^2 ex^ y g(x) = ex. (e) Area limitada por las curvas´ y = x^2 + 2x, y = x^2 + 4x e y = −x. (f) Area limitada por´ f (x) = ex(1 − x), g(x) = x − 1 y el eje OY.

  1. Calcular las longitudes de las curvas que se indican.

(a) Longitud de la circunferencia de radio r. (b) Longitud del segmento de recta que une los puntos (a, A) y (b, B). (c) Longitud del arco de par´abola y = x^2 compren- dido entre x = −1 y x = 1. Utilizar la f´ormula de los trapecios para aproximar el valor con 3 cifras decimales exactas. (d) La forma de un cable que cuelga suspendida de sus extremos situados en x = −M y x = M viene dada por la curva llamada catenaria, c(x) = e

ax+e−ax 2 a , siendo^ a^ una constante pos- itiva. Calcular la longitud del cable requerido por la v´ıa del AVE de Sevilla a Madrid, sabi- endo que M = 50m, y a = 0.03.

(e) Longitud de la curva x = ln t, y = ln t para t ∈ [0, e].

  1. Calcular los vol´umenes de revoluci´on que se indican:

(a) Volumen de la esfera de radio r. (b) Volumen del cono de ´angulo α y altura L. (c) Volumen del s´olido de revoluci´on engendrado por la curva y = x^2 al girar en torno al eje OX entre x = 0 y x = L. (d) Determinar el ´area comprendida entre las cur- vas y =

x y y = x/2, y determinar el volumen del s´olido engendrado por esta ´area al girar en torno al eje OX.

Aplicaciones.

  1. El hielo se forma en invierno en una charca a una tasa de y′(t) = k

t, siendo y el espesor medido en cent´ımetros, t el tiempo medido en horas y k una constante positiva. Calcular y como funci´on de t.

  1. El ´area A(t) de una herida en curaci´on, medida en cm^2 , cambia a una tasa de A′(t) = − 4 t−^3 , siendo t el tiempo en d´ıas. Suponiendo que el ´area inicial de la herida era de 2 cm^2 , calcularla al cabo de 10 d´ıas.
  2. Supongamos que un canguro salta verticalmente con una velocidad inicial de 3 m/s. Determinar la m´axima altura a la que llegar´a. Para ello, usar que el espacio recorrido viene dado por s′(t) = v(t), siendo v(t) la velocidad, y ´esta viene dada por v′(t) = a(t), siendo a(t) la aceleraci´on de la gravedad, a(t) = − 9 .8ms−^2.
  3. La incidencia de una forma particular de c´ancer de colon en la mujer viene dada por la funci´on R(t) = 7 × 10 −^10 t^6 casos/ 100 .000 mujeres, donde t indica la edad en a˜nos. Determinar el n´umero total de casos (por 100.000 mujeres) en mujeres de edades inferiores a 30, 60 y 80 a˜nos. ¿Qu´e podemos inferir sobre la relaci´on entre la incidencia de la enfermedad y la edad?
  4. Una poblaci´on de sapos es incialmente de 100 indi- viduos, y crece con una tasa de p′(t) = (9 + 2t)^1 /^2 , donde el tiempo t se mide en a˜nos. Calcular la poblaci´on al cabo de 10 a˜nos.
  5. El tiempo aproximado de supervivencia de n´aufragos en agua a temperatura T es t =

0. 1 − 0. 004 T

. Determinar el tiempo promedio de supervivencia suponiendo que la temperatura var´ıa de 10oC a 15oC.

  1. Los p´ajaros de cierta especie con migraciones esta- cionales llegan al Parque de Do˜nana a partir del mes de octubre a una tasa de p(t) = 12t − 3 t^2 donde t indica el n´umero de meses, a partir del primero de octubre. Suponiendo que antes de octubre no hay ning´un p´ajaro de la especie en cuesti´on, determi- nar la poblaci´on de ´estos presente en cada momento

posterior, y en qu´e momento todos han vuelto a mi- grar.

  1. La tasa de c´ancer de pulm´on entre hombres de edades comprendidas entre 64 y 75 a˜nos, a partir de 1960, viene dada por la funci´on y = 200 + 30(t − 1960) − 0 .6(t − 1960)^2 , donde el tiempo se mide en a˜nos, y la tasa en n´umero de muertes por 100.000 individuos. Se comenz´o una campa˜na anti-tabaco en 1980. Determinar el n´umero de muertes en los primeros 15 a˜nos y en los siguientes 15 a˜nos de campa˜na. ¿Podemos decir que la campa˜na fue efectiva?
  2. Se ha medido la velocidad de avance de una rana, as´ı como la de su pie, resultando ser, respectivamente, v 1 (t) = 0.3+0.05sen(10πt); v 2 (t) = 0.4 cos

( (^) π

  1. 17 t

donde el tiempo se mide en segundos. Determinar la distancia total recorrida por el cuerpo, y por el pie, de la rana hasta el instante t = 0.4s.

  1. La velocidad de la sangre en una vena cil´ındrica de radio R y longitud l est´a dada por v(r) = P (R^2 − r^2 )/(4ηl), donde P y η son constantes positivas, y r la dis- tancia al eje de la vena. Calcular la velocidad me- dia para r ∈ [0, R] y compararla con la velocidad m´axima. Ejercicios hechos en clase.
  2. La potencia en Watios de dos aerogeneradores est´an dadas por las funciones (datos ficticios) f (x) = ex e^2 x+4 y^ g(x) =^

2 ex ex+1 donde^ x^ representa la velocidad del viento incidente sobre el aerogenerador medida en kil´ometros por hora. Discute la conveniencia de cada aerogenerador para un r´egimen de vientos en- tre 10 Km/h y 20 Km/h.

  1. Un cable que cuelga de dos puntos sigue la gr´afica de la funci´on f (x) = a 2 (eax^ + e−ax) (una cate- naria) donde el par´ametro a est´a determinado por la tensi´on del cable. Suponiendo a = 1, se cuelgan ca- bles cuyos extremos est´an en puntos diametralmente opuestos de un aro de di´ametro 2mts. La estructura de cables resultante se cubre con un pl´astico para as´ı crear un dep´osito. ¿Cu´anto pl´astico necesitar´e? ¿Cu´al es la capacidad de dicho dep´osito?
  2. El azafr´an de la pradera (Anemone patens) es el emblema floral del estado de Manitoba (Canad´a) y se caracteriza por su temprano florecimiento. Para ello los p´etalos de sus flores se disponen formando un parabolide en cuyo foco se encuentran los estambres y pistilo. De este modo el sol reflejado en sus p´etalos calienta su sistema reproductor. Si el aumento de temperatura es proporcional al ´area expuesta al sol con raz´on 0.5o/cm^2 , calcula el aumento de temper- atura en el sistema de reproducci´on de un azafr´an de la pradera cuya flor tiene un di´ametro de 4cm suponiendo que los p´etalos reflejan el sol con una eficiencia del 60 por ciento.