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Cálculo Integral: Antiderivadas e Integrales Indefinidas, Apuntes de Matemáticas Aplicadas

integrales definidas teoria y formulas

Tipo: Apuntes

2022/2023

Subido el 07/07/2023

davis-anhuaman
davis-anhuaman 🇵🇪

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LA INTEGRAL INDIFINIDA
LA ANTIDERIVADA DE UNA FUNCIÓN
Definición: La f: I R se llama la antiderivada o primitiva de f: I R, si F´(x) = f(x), V
x Є I, donde (I = [a, b]).
Ejemplo: Sea f(x) = 6x5 y g(x) = 4e4x, V x Є R, las F(x) = x6 y G(x) = e4x, para x Є R son las
antiderivadas de f(x) y g(x) respectivamente, pues:
F(x) = x6 F´(x) = 6x5 = f(x)
G(x) = e4x G(x) = 4e3x = g(x)
LA ANTIDERIVADA GENERAL
Definición: Si la antiderivada de f(x) es F(x) sobre I, entonces la función G(x) = F(x) + C,
se denomina la antiderivada general de f(x).
Observación: El cálculo de antiderivadas o primitivas no determina una única función,
sino una familia de funciones, que difieren entre sí en una constante.
El proceso de cálculo de antiderivadas se suele denominar integración y se denota por
el símbolo ∫, llamado signo de integración, el símbolo ∫ f(x)dx se llama integral
indefinida de f(x).
LA INTEGRAL INDEFINIDA:
Definición : Si F(x) es una antiderivada de f(x) sobre un intervalo I, o sea F´(x) = f(x),
entonces a su antiderivada general G(x) = F(x) + C se denota por:
G(x) = ∫ f(x)dx = F(x) + C; V x Є I
al cual se le denomina integral indefinida de f(x)
Nota: De la integral indefinida se tiene: G´(x) = F´(x) = f(x); es decir: d ∫ f(x) = f(x)
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LA INTEGRAL INDIFINIDA

LA ANTIDERIVADA DE UNA FUNCIÓN

Definición: La f: I R se llama la antiderivada o primitiva de f: I R, si F´(x) = f(x), V x Є I, donde (I = [a, b]). Ejemplo: Sea f(x) = 6x^5 y g(x) = 4e4x, V x Є R, las F(x) = x^6 y G(x) = e4x, para x Є R son las antiderivadas de f(x) y g(x) respectivamente, pues: F(x) = x^6 F´(x) = 6x^5 = f(x) G(x) = e4x^ G(x) = 4e3x^ = g(x) LA ANTIDERIVADA GENERAL Definición: Si la antiderivada de f(x) es F(x) sobre I, entonces la función G(x) = F(x) + C, se denomina la antiderivada general de f(x). Observación: El cálculo de antiderivadas o primitivas no determina una única función, sino una familia de funciones, que difieren entre sí en una constante. El proceso de cálculo de antiderivadas se suele denominar integración y se denota por el símbolo ∫, llamado signo de integración, el símbolo ∫ f(x)dx se llama integral indefinida de f(x). LA INTEGRAL INDEFINIDA: Definición: Si F(x) es una antiderivada de f(x) sobre un intervalo I, o sea F´(x) = f(x), entonces a su antiderivada general G(x) = F(x) + C se denota por: G(x) = ∫ f(x)dx = F(x) + C; V x Є I al cual se le denomina integral indefinida de f(x) Nota: De la integral indefinida se tiene: G´(x) = F´(x) = f(x); es decir: d ∫ f(x) = f(x) dx

PROPIEDADES:

  1. d (∫ f(x)dx ) = ( ∫ f(x)dx )´ = ( F(x) + C )´ = F´(x) = f(x) o sea que la derivada de la dx integral indefinida es igual al integrando: ( ∫ f(x)dx )´ = f(x)
  2. d(∫ f(x)dx ) = ( ∫ f(x)dx )´ = f(x)dx, o sea que la diferencial de la integral indefinida es igual a la función integrado por la diferencial de x; es decir: d ( ∫ f(x)dx ) = f(x)dx
  3. f es una función derivable, entonces una antiderivada de f´ es f y: ∫ f´(x)dx = f(x) + C
  4. Se conoce que d( f(x)) = f´(x)dx, luego por (3) se obtiene: ∫ d(f(x)) = f(x) + C NOTA: De (2) y (3) a la integral indefinida se puede interpretar como la inversa de la diferenciación, pues la integral indefinida al actuar en la diferencial d(f(x)) reproduce la f(x) más la constante de la integración. Definición: En toda ∫ (f(x), a la f(x) le llamaremos función integrando y a x variable de integración, la C es llamada constante de la integración, a ∫ (f(x), se lee también como integral indefinida de f(x) diferencial de x. FORMULAS DE INTEGRACIÓN PRIMERAS FORMULAS BÁSICAS DE INTEGRACIÓN: Sean f y g funciones derivables, k y c son constantes, entonces:
  5. ∫ dx = x + C 2. ∫ kf(x) = k∫ f(x)dx
  6. ∫ d( f(x)) = x + C 4. ∫ xn^ dx = xn + 1^ + C, n ǂ - n + 1
  7. ∫ (f(x) + g(x))dx = ∫ f(x)dx + ∫ g(x)dx Sea u = f(x) una función diferenciable en x
  8. ∫ un^ du = un + 1^ + C, n ǂ -1 7. ∫ du = ln |u| + C n + 1 u

INTEGRACIÓN DE LAS FUNCIONES TRIGONOMETRICAS

Se trata de las integrales que tienen la forma: ∫sennxdx ∫cosnxdx ∫tgnxdx ∫ctgnxdx Casos: +) Integrales de la forma: ∫sennxdx, ∫cosnxdx Primer caso: Cuando n es Z+^ par, se usan las identidades: Sen 2 x = 1 – cos2x y cos 2 x = 1 + cos2x 2 2 Segundo caso: Cuando n es Z+^ impar, a las integrales la expresaremos de la forma: ∫sen 2 xdx = ∫ sen n- xsenxdx ∫cos 2 xdx = ∫ cos n- xcosxdx +) Integrales de la forma: ∫tg n xdx, ∫ctg n xdx Primer caso: Cuando n es Z+^ par, a las integrales la expresaremos de la forma: ∫tgnxdx =∫tgn-2x tg^2 x dx , ∫ctgnxdx =∫ctgn-2x ctg^2 x dx Segundo caso: Cuando n es Z+^ impar, a las integrales la expresaremos de la forma: ∫tg n xdx =∫tg n- x tgx dx = ∫[tg 2 x] n-1/ tgxdx ∫ctgnxdx =∫ ctgn-1x ctgx dx = ∫[ctg^2 x]n-1/2ctgxdx Y también se usan las identidades siguientes: 1 + tg 2 x = sec 2 x, 1 + ctg 2 x = csc 2 x .

INTEGRACIÓN POR PARTES

Consideremos u = f(x) y v = g(x) dos funciones diferenciales en la variable x De la fórmula para la diferencial de un producto de dos funciones se obtiene: d(u.v) = udv + vdu, entonces udv = d(u.v) – vdu, ahora integramos la igualdad ∫ udv = u.v - ∫ vdu

INTEGRACIÓN DE FUNCIONES RACIONALES

Consideremos: P(x) = bm x m

  • bm-1x m-
  • … + b 1 x + b 0 , y Q(x) = an x n
  • an-1x n-
  • … + a 1 x + a 0 Una función racional es: P(x) R(x) = Q(x) Cuando el grado de la función polinómica P(x) es menor que el grado de Q(x), entonces de denomina función racional propia, caso contrario se denomina función racional impropia. Si la función racional es impropia, al dividir el numerador entre el denominador, a la función racional se representa como la suma de una función polinómica y de una función racional propia; es decir: P(x) R(x) = C(x) + Q(x) Q(x) donde el grado de R(x) es menor que el grado de Q(x); pero nuestro interés es la integración de las funciones racionales propias: ʃ P(x)dx Q(x) Casos: PRIMER CASO: Integrales de la forma: ʃ Ax + B dx donde a, b y c son constantes ax 2
  • bx + c

Q(x) = an (X 2

  • b 1 X + c 1 )( X 2
  • b 2 X + c 2 )( X 2
  • b 3 X + c 3 )(X – β 4 ) … (X – βn) a la función racional P(x) se expresa como una suma de funciones simples Q(x) ʃ P(x)dx = ʃ ( A 1 X + B 1 + A 2 X + B 2 + A 3 X + B 3 + An + … + An )dx Q(x) X^2 + b 1 X + c 1 X^2 + b 2 X + c 2 X^2 + b 3 X + c 3 X – βn X - βn donde A 1 , A 2 , … , An ; B 1 , B 2 , … , Bn, son constantes que se van a determinar. QUINTO CASO: Cuando en la integral ʃ P(x)dx, la función polinómica Q(x) se descompone en factores lineales y cuadráticas Q(x) repetidos, en donde los factores cuadráticos irreducible se repite; es decir: Q(x) = an (X 2
  • bX + c) 2 (X – β 3 ) … (X – βn) a la función racional P(x) se expresa como una suma de funciones simples Q(x) ʃ P(x) dx = ʃ ( A 1 X + B 1 + A 2 X + B 2 + An + … + An )dx Q(x) X^2 + bX + c (X^2 + bX + c)^2 X – β 3 X - βn donde A 1 , A 2 , … , An ; B 1 , B 2 , … , Bn, son constantes que se van a determinar.