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UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL CARMEN ESCUELA PREPARATORIA CAMPUS II CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

Cuaderno de Trabajo Cálculo Integral SD3

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Cuaderno de trabajo de la secuencia 3 de Cálculo integral - Año 2015 - UNACAR CAMPUS II

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  • UNIVERSIDAD AUTONOMA

    DEL CARMEN

    ESCUELA PREPARATORIA CAMPUS II

    CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    97

    1. Construye e interpreta modelos matemticos mediante la aplicacin de procedimientos aritmticos, algebraicos, geomtricos y variacionales, para la comprensin y anlisis de situaciones reales, hipotticas o formales. 2. Formula y resuelve problemas matemticos, aplicando diferentes enfoques. 3. Explica e interpreta los resultados obtenidos mediante procedimientos matemticos y los contrasta con modelos establecidos o situaciones reales. 4. Argumenta la solucin obtenida de un problema, con mtodos numricos, grficos, analticos

    o variacionales, mediante el lenguaje verbal, matemtico y el uso de las tecnologas de la

    informacin y la comunicacin.

    COMPETENCIAS DISCIPLINARES

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    98

    Ttulo: INTEGRALES TRIGONOMETRICAS INVERSAS

    Objetivo: Aplicar las frmulas de integracin inversa en la solucin de ejercicios.

    Lectura

    6.1 FORMULAS DE INTEGRACION DE FUNCIONES TRIGONOMETRICAS

    INVERSAS

    Ca

    uarc

    aauu

    du

    Ca

    u

    aua

    du

    Ca

    uarcsen

    ua

    du

    sec1

    arctan1

    22

    22

    22

    Cau

    auL

    aau

    du

    21

    22

    Cua

    uaL

    aua

    du

    21

    22

    2 2

    2 2

    duL u u a C

    u a

    6.2ALGUNOS PROCEDIMIENTOS DE INTEGRACION DE LAS FUNCIONES

    TRIGONOMETRICAS INVERSAS

    ejemplo:

    1. 29

    dx

    x

    para aplicar la frmula Ca

    uarcsen

    ua

    du

    22 es necesario identificar los valores de

    a2, a, u

    2, u y calcular u(x) y du(x).

    3

    92

    a

    a

    dxxdu

    xxu

    xu

    xu

    )(

    )(

    22

    El integrando est completo pues incluye la funcin multiplicada por su diferencial,

    en consecuencia podemos aplicar la frmula de integracin citada.

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    99

    2229 ua

    du

    x

    du

    integrando

    Cx

    arcsen 3

    2. 243 xdx

    para aplicar la formula Ca

    u

    aua

    du

    arctan

    122

    es necesario identificar los valores de a2,

    a, u2, u y calcular u(x) y du(x).

    3

    32

    a

    a

    dxxdu

    xxu

    xu

    xu

    2)(

    2)(

    2

    4 22

    Para completar la diferencial se tiene que multiplicar y dividir por 2.

    243

    2

    2

    1

    x

    dx

    sustituyendo en el integrando

    2221

    ua

    du

    integrando

    a

    u

    aarctan

    1

    2

    1

    sustituyendo el valor de a y de u

    Cx

    3

    2arctan

    32

    1

    6.3 EL INTEGRANDO SE EXPRESA COMO LA SUMA DE DOS COCIENTES ejemplo:

    dx

    x

    x

    29

    4

    comun denominador

    dxx

    dxx

    x

    22 9

    4

    9

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    100

    dxxxdu

    xxu

    xu

    2)(

    9)(

    9

    2

    2

    3

    92

    a

    a

    dxxdu

    xxu

    xu

    xu

    )(

    )(

    22

    multiplicando y dividiendo por -2 la primera integral

    22

    1

    2

    94)2(9

    2

    1

    x

    dxdxxx

    integrando

    Cx

    arcsenu

    34

    2

    12

    1 21

    sustituyendo el valor de u

    Cx

    arcsenx 3

    49 2

    6.4 EL INTEGRANDO ES UNA FRACCION DONDE EL NUMERADOR ES dx Y

    EL DENOMINADOR ES DE LA FORMA ax + bx + c

    Algunos de estos casos pueden integrarse completando el cuadrado ax2

    + bx. La

    integral resultante puede ser de cualquiera de las formas siguientes:

    22 au

    du

    22 uadu

    22 audu

    2udu

    para completar el cuadrado se puede utilizar la siguiente expresin

    cbb

    bxxcbxx

    22

    22

    22

    ejemplo:

    dxxx

    dx

    84

    62

    al completar el cuadrado del denominador, se tiene

    844484 22 xxxx 42 2 x

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    101

    426

    2x

    dx

    dxxdu

    xxu

    xu

    xu

    )(

    2)(

    2

    222

    4

    2

    a

    a

    sustituyendo en el integrando

    226

    au

    dx

    integrando

    Ca

    u

    a

    arctan

    16

    sustituyendo los valores a y u

    Cx

    2

    2arctan

    2

    6

    Cx

    2

    2arctan3

    6.5 COMPLETAR EL CUADRADO CUANDO EL COEFICIENTE DE X2

    ES

    NEGATIVO Ejemplo:

    23 xxdx

    si se completa el cuadrado del denominador se tiene

    xxxx 33 22

    22

    22

    2

    2

    3

    2

    3

    2

    3

    2

    33

    x

    xx

    multiplicando por el signo menos 22

    2

    3

    2

    3

    x

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    102

    dxxdu

    xxu

    xu

    xu

    )(

    2

    3)(

    2

    3

    2

    32

    2

    2

    3

    2

    32

    2

    a

    a

    sustituyendo en el integrando

    22

    22

    2

    3

    2

    3

    ua

    du

    x

    dx

    integrando

    Ca

    uarcsen

    sustituyendo los valores de a y u

    C

    x

    arcsen

    2

    32

    3

    C

    x

    arcsen

    2

    32

    32

    C

    xarcsen

    )3(2

    322

    C

    xarcsen

    3

    32

    6.6 COMPLETAR EL CUADRADO CUANDO EL COEFICIENTE DE X2 NO ES

    LA UNIDAD Ejemplo:

    982 2 xxdx

    Se factoriza la expresin xx 822 antes de completar el cuadrado.

    94442

    942982

    2

    22

    xx

    xxxx

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    103

    el factor 2 afecta toda le expresin que esta en el parntesis

    942442 2 xx 122 2 x

    sustituyendo en el integrando

    1222

    x

    dx

    dxxdu

    xxu

    xu

    xu

    2

    22)(

    22

    2222

    multiplicando y dividiendo en el integrando por 2

    122

    2

    2

    12

    x

    dx

    sutituyendo

    222

    1

    au

    du

    integrando

    Cua

    arctan

    1

    2

    1

    sustituyendo el valor de u y a

    Cx 22arctan2

    1

    1.

    dxxdu

    xxu

    xu

    xu

    )(

    )(

    22

    3

    92

    a

    a

    sustituyendo

    92x

    dx

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    104

    Cau

    auL

    a

    egrado

    au

    du

    2

    1

    int

    22

    sustituyendo el valor de a y u Cx

    xL

    3

    3

    6

    1

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    105

    Saberes a reforzar: Integrales trigonomtricas inversas

    Estrategias metodolgicas: Resolucin de ejercicios

    Ejercicio de autoaprendizaje No 9

    Calcula las siguientes integrales.

    1. 169 2xdx

    2. 216 y

    dy

    3.

    4. y

    dyysen

    2cos5 25

    54y

    dyy

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    106

    5. )(Ln1 2 xxdx

    6. ydyyy

    2sec16

    tansec

    7. 2082 yydy

    8. 271 xdx

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    107

    9. 762 yy

    dy

    10. 2582 yydy

    11. 1022 xxdx

    12. 584 2 xxdx

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    108

    13. dxe

    ex

    x

    21

    14. 748

    2 yy

    dy

    15. 264 xx

    dx

    16.

    49

    4

    x

    xdx

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    109

    17. xaxdx

    22sen

    cos

    18. ydyyy

    2sec45

    tansec

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    110

    Ttulo: INTEGRAL DEFINIDA

    Objetivo: Aplicar la integral definida para conocer los valores de las reas bajo una curva. LECTURA 10.1 La integra definida como limite de sumas de Reimann

    Si f una funcin definida en un intervalo cerrado ba, y si el limite de la suma d Reimann existe, entonces se dice que f es integrable en ese intervalo, se expresa.

    b

    a

    n

    ix

    dxxfxWf 11

    10

    lim

    El proceso de obtener el numero representado por el limite sealado se le llama calcular la integral.

    Si una funcin f es continua en un intervalo cerrado ba, entonces siempre f es integrable en ba, . Al usar el intervalo ba, condicionamos que a < b. Si a > b entonces se expresa como:

    b

    a

    b

    adxxfdxxf

    10.2 Teorema fundamental del calculo.

    Si una funcin es continua en un intervalo cerrado ba, entonces siempre f es integrable en ba, .

    aFbFdxxfb

    a

    Donde F es cualquier funcin tal que F(x) = f(x) para toda x en ba, 10.3 Procedimiento para calcular una integral definida.

    El procedimiento para calcular una integral definida se resume en lo siguiente:

    Integrar la expresin diferencial dada.

    Sustituir en el resultado obtenido inicialmente con el valor del extremo superior y restar despus de sustituir con el valor del extremo inferior.

    No es necesario utilizar la constante de integracin.

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    111

    Problemas resueltos:

    dxx4

    12

    15

    44

    2

    12

    4

    1

    2

    4

    1

    x

    dxx

    dxx20 cos

    20

    senx

    02

    sensen

    1

    01

    dxx0

    2

    3 2

    0

    2

    3 2

    5

    3

    xx

    3

    23 2 225

    300

    5

    3

    3 45

    6

    10.4 Propiedades de la integral definida.

    Si f es integrable en ba, y k s un numero real cualquiera, entonces kf es integrable en ba,

    b

    a

    b

    adxxfkdxxkf

    Si f y g son integrables entonces:

    b

    a

    b

    a

    b

    adxxgdxxfdxxgxf

    Problemas resueltos:

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    112

    3

    0

    2 143 dxxx

    3

    0

    3

    0

    3

    0

    2 43 dxdxxdxx

    303

    0

    23

    0

    3 2 xxx

    03018027 12

    2

    0

    32 1 dxxx

    duu3

    0

    3

    2

    1

    2

    0

    4

    8

    u

    2

    0

    42

    8

    1

    x

    8

    10

    8

    1444

    78

    dxxxx 3

    0

    22316 =

    3

    0

    2duu

    3

    0

    3

    3

    u

    3

    0

    3

    27

    9

    2

    0 2 22

    1

    xx

    dxx

    dxxx

    2

    0

    2

    12 112

    2

    1

    2

    1

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    113

    duu

    2

    0

    2

    1

    4

    1

    214

    1 21

    u

    2

    0

    2

    1

    2

    u

    2

    0

    2

    12

    2

    2

    xx

    0

    00

    2

    44 21

    2

    1

    2

    8

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    114

    Saberes a reforzar: Integral definida

    Estrategias metodolgicas: Resolucin de ejercicios

    EJERCICIO DE AUTOAPRENDIZAJE No 10

    Calcular las integrales siguientes:

    1. 3

    3xdx

    2. 1

    4xdx

    3. dxxx 2

    1

    3

    4. dxxx

    4

    033

    5. e

    x

    dx

    1

    6. dxx

    3

    04

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    115

    7. dxx0

    2

    3 2

    8. 2

    6

    cos

    xdx

    9. dxx 0

    1

    232

    10.

    3

    1 2

    23 542dx

    x

    xx

    11. xdx 302sec

    12.

    3

    1

    2 123 dxxx

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    116

    13. 9

    13 dxx

    14. dxx 80

    2 2sec

    15. dyy 1

    1

    2 2

    16. dyy

    1

    0

    212

    17.

    2

    1 21

    3dy

    y

    18.

    dxx

    x

    1

    0

    2

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    117

    Ttulo: INTEGRACION POR PARTES

    Objetivo: conocer y aplicar la integracin por partes como un mtodo alterno de solucin

    en integrales.

    LECTURA

    7.1 FORMULA DE INTEGRACION POR PARTES La integracin por partes tiene por objeto calcular la funcin primitiva del producto de una

    funcin por la diferencial d otra funcin de la misma variable. Se basa en la formula de la

    derivada de un producto de dos funciones:

    vduudvuvd integrando ambos miembros

    vduudvuv despejando se obtiene la formula de integracin por partes

    vduuvudv Para aplicar esta frmula en un caso dado, debe descomponerse la diferencial dada

    en dos factores u y dv. Al momento de elegir estos factores se debe tomar en cuenta los

    siguientes puntos:

    a) dx es siempre una parte de dv b) debe ser posible integrar dv c) cuando la expresin para integrar es el producto de dos funciones, es mejor elegir la

    de apariencia ms complicada.

    Se usa para integrar gran nmero de integrales no inmediatas que se plantean como

    producto de funciones algebraicas, logartmicas y trigonomtricas inversas tales como:

    dxxxcos dxxln dxxx 3 dxxsen2

    dxxarc tan

    7.2 PROCEDIMINTO DE INTEGRACION POR PARTES

    Problemas Resueltos

    1. dxxxcos se descompone el integrando en dos factores u y v

    de la expresion dl integrando que sea igual a u, se calcula su diferencial

    dxdu

    xu

    la funcin en apariencia mas complicada y contiene a dx se iguala a dv

    dxxdv cos para obtener el valor de v se integra la expresion que se igualo a dv

    dxdu

    xu

    NOTA: La expresion del integrando que se igualo a dv debe ser facilmente integrable

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    118

    Los valores obtenidos de u, du y de v, se sustituyen en la frmula para proceder a integrar

    dxsenxxsenxdxxx

    vduuvudv

    cos

    integrando

    Cxxsenx

    Cxxsenx

    cos

    cos

    NOTA: La eleccin de cual expresin es u y cual dv del integrando es arbitraria y es

    acertada cuando la integral del segundo miembro resulta mas sencilla qu la funcin inicial.

    2. dxxsenx

    dxdu

    xu

    x

    dxsenxv

    dxsenxdv

    cos

    sustituyendo en la formula

    dxxxx

    dxxxxdxxsenx

    vduuvudv

    coscos

    coscos

    integrando

    Csenxxx cos

    3. dxxx cos2

    xdxdu

    xu

    2

    2

    senx

    dxxv

    dxxdv

    coscos

    sustituyendo en la formula

    dxsenxxsenxx

    dxxsenxsenxxdxxx

    vduuvudv

    2

    2cos

    2

    22

    NOTA: en algunos casos es necesario aplicarle a una misma funcin varias veces este

    metodo.

    Si tomamos la segunda integral dxsenxx2

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    119

    dxdu

    xu

    2

    2

    x

    dxsenxv

    dxsenxdv

    cos

    sustituyendo en la formula

    dxxxx 2coscos2 ahora sustituimos en la ecuacin original

    dxxxxsenxxdxxx cos2cos2cos22

    integrando

    Csenxxxsenxx 2cos22

    dxxex2.4

    dxdu

    xu

    x

    x

    x

    e

    dxev

    dxedv

    2

    2

    2

    2

    1

    2

    1

    sustituyendo en la formula

    dxexe

    dxexe

    xx

    xx

    22

    1

    2

    1

    2

    1

    2

    1

    2

    1

    22

    22

    integrando

    Cexe xx 22

    4

    1

    2

    1

    5. dxxx2sec

    dxdu

    xu

    x

    dxxv

    dxxdv

    tan

    sec

    sec

    2

    2

    sustituyendo en la formula

    dxxxx tantan integrando

    CxLxx sectan

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    120

    6. dxxln

    dxx

    du

    xu

    1

    ln

    xv

    dxv

    dxdv

    sustituyendo en la formula

    Cxxx

    dxx

    xxx

    ln

    1ln

    7. dxxarctan

    21

    arctan

    x

    dxdu

    xu

    xv

    dxv

    dxdv

    sustituyendo en la formula

    dx

    x

    xxx

    21arctan

    dxxdu

    xxu

    xu

    2)(

    1)(

    1

    2

    2

    integrando

    CxLxx 212

    1arctan

    8. dxxx 3

    dxdu

    xu

    23

    3

    1

    3

    1

    33

    2

    3

    3

    xv

    dxxv

    dxxdv

    sustituyendo en la formula

    dxxxx

    2

    3

    2

    3

    33

    23

    3

    2

    integrando

    Cx

    xx

    2

    5

    3

    3

    23

    3

    2 25

    2

    3

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    121

    Cxxx

    25

    2

    3

    315

    43

    3

    2

    9. dxxx ln2

    dxx

    du

    xu

    1

    ln

    3

    2

    2

    3

    1xv

    dxxv

    dxxdv

    susituyendo en la formula

    dxxxx23

    3

    1ln

    3

    1

    integrando

    Cx

    xx 9

    ln3

    1 33

    10. dxx3arctan

    291

    3

    3arctan

    x

    dxdu

    xu

    xv

    dxv

    dxdv

    sustituyendo en la formula

    dx

    x

    xxx

    29133arctan

    dxxxdu

    xxu

    xu

    2

    2

    2

    18)(

    91)(

    91

    integrando

    CxLxx 2916

    13arctan

    11. dxxex cos

    dxedu

    eu

    x

    x

    senxv

    xdxv

    xdxdv

    coscos

    sustituyendo en la formula

    dxsenxesenxexx

    realizamos una segunda integracin por partes

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    122

    dxedu

    eu

    x

    x

    xv

    dxsenxv

    dxsenxdv

    cos

    sustituyendo en la formula tenemos

    dxxexesenxedxxexxxx coscoscos

    sumamos dxxex

    cos en ambos miembros de la ecuacin

    xesenxexdxe xxx coscos2

    xsenxexdxe xx coscos2

    Cxsenxe

    xdxex

    x

    2cos

    cos

    12. dxexx237

    como xxx 23 dxxexdxex xx22 23 77

    dxxdu

    xu

    2

    2

    2

    2

    2

    2

    2

    1

    22

    1

    x

    x

    x

    x

    ev

    dxxev

    dxxev

    dxxedv

    sustituyendo en la formula

    dxexex xx 22

    22

    17

    2

    7 2

    dxeex xx22

    2

    7

    2

    7 2

    13. dxesenxdx

    e

    senx xx

    xdxdu

    senxu

    cos

    x

    x

    x

    ev

    dxev

    dxedv

    1

    sustituyendo en la formula

    xdxesenxe xx cos

    realizamos una segunda integracin por partes

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    123

    dxxsendu

    xu

    cos

    x

    x

    x

    ev

    dxev

    dxedv

    1

    dxxseneedxxe xxx cos

    sustituyendo n la formula

    dxexsenxesenxe xxx cos

    dxexsenxesenxedxexsen xxxx cos

    sumamos dxexsen x

    en ambos miembros de la ecuacin

    xesenxedxexsen xxx cos2

    2

    cos xxsenedxexsen

    xx

    x

    x

    e

    xxsendxexsen

    2

    cos

    14. dxexax2

    dxxdu

    xu

    2

    2

    a

    ev

    dxev

    dxedv

    ax

    ax

    ax

    sustituyendo en la formula

    dxxa

    e

    a

    ex

    axax

    22

    dxxeaa

    ex ax

    ax

    22

    la integral del segundo miembro puede hallarse integrando nuevamente por partes

    Ca

    xa

    e

    a

    ex axax

    122

    2

    15. dzz3sec

    dzzzdu

    zu

    tansec

    sec

    zv

    dzzv

    dzzdv

    tan

    sec

    sec

    2

    2

    sustituyendo en la formula

    dzzzzz2tansectansec

    en la nueva integral tenemos 1sectan22 zz

    sustituyendo y afectando los productos obtenemos

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    124

    dzzzzz 1secsectansec2

    dzzdzzzzdzz secsectansecsec33

    transponemos al primer miembro la integral dzz3sec y efectuamos la integracin faltante

    y despejamos

    Czzzz tansecln2

    1tansec

    2

    1

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    125

    SABERES A REFORZAR: Integracin por partes

    ESTRATEGIAS METODOLOGICAS: Resolucin de ejercicios

    EJERCICIOS DE AUTOAPRENDIZAJE No 11

    Calcular las integrales siguientes:

    1. dxx

    x2

    cos

    2. dxx

    xsen2

    3. dxnxxcos

    4. duuu2sec

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    126

    5. dynyseny2

    6. duuu 3sec2

    7. xdxxn ln

    8. dxxax

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    127

    9. dxxarc tan

    10. dxxsenarc

    11. dxxarc 2cos

    12. dyyarc sec

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    128

    13. dxxarc tan

    14. dtt

    arc2

    csc

    15. dxxarcx tan

    16. dxexx2

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    129

    17. dxxsenarcx2

    18. de cos

    19.

    1

    1ln

    x

    dxx

    20.

    dxx

    xe x

    21

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    130

    Ttulo: INTEGRAL POR SUSTITUCION TRIGONOMETRICA

    Objetivo: Resolver integrales usando los mtodos de integracin.

    Lecturas:

    Si un integrando contiene expresiones del tipo 222222 ,, axxaxa donde a > 0 y

    otras como nn axax 2222 , semejante a las citadas, inicialmente deben tratarse de resolver por sustitucin algebraica, si este procedimiento no es posible aplicarlo, se puede

    realizar la integracin transformando la integral en una integral trigonometrica, aplicando

    las sustituciones siguientes:

    cos22 axa senax

    sec22 axa tanax

    tan22 aax secax

    8.1 Desarrollo de la expresin cos22 axa se sustituye x con a sen para obtener al expresin trigonomtrica a cos de la expresin

    algebraica 22 xa

    Por el teorema Pitgoras:

    22 xab

    22

    222

    222

    xab

    xab

    bxa

    funcin trigonomtrica que relaciona x y a

    x

    a

    x

    a

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    131

    senax

    a

    xsen

    se elevan al cuadrado ambos terminos

    222 senax sustituyendo en el valor de x

    2

    222 senaab factorizando a

    2

    2

    22

    1

    1

    senab

    senab

    como 22 1cos sen

    cos

    cos 2

    ab

    ab

    por lo tanto

    cos22 axa

    8.2 Desarrollo de la expresin sec22 axa Se sustituye x con a tan para obtener al expresin trigonomtrica a sec de la expresin

    algebraica 22 xa

    Por el teorema Pitgoras:

    22

    222

    xab

    xab

    funcin trigonomtrica que relaciona x y a

    x

    b

    x

    a

    a

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    132

    tan

    tan

    ax

    a

    x

    se elevan al cuadrado ambos terminos

    222 tanax sustituyendo en el valor de x

    2

    222 tanaab factorizando a

    2

    2

    22

    tan1

    tan1

    ab

    ab

    como 22 tan1sec

    sec

    sec2

    ab

    ab

    por lo tanto

    sec22 axa

    8.3 Desarrollo de la expresin tan22 aax Se sustituye x con a sec para obtener al expresin trigonomtrica a tan de la expresin

    algebraica 22 ax

    Por el teorema Pitgoras:

    22

    222

    axb

    bax

    funcin trigonomtrica que relaciona x y a

    b

    x

    x

    a

    a

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    133

    sec

    sec

    ax

    a

    x

    se elevan al cuadrado ambos terminos

    222 secax sustituyendo en el valor de x

    2

    aab 22 sec factorizando a

    2

    2

    22

    tan1

    1sec

    ab

    ab

    como 1sectan22

    tan

    tan 2

    ab

    ab

    por lo tanto

    tan22 aax 8.4 Procedimiento para resolver una integral por sustitucin trigonomtrica.

    Se deben calcular los valores de a, x, x2, dx. Y realizar las sustituciones correspondientes.

    En el desarrollo de las operaciones se pueden aplicar, segn proceda, alguna de las identidades trigonomtricas.

    8.5 En el integrando incluye una expresin de la forma 22 xa

    Ejemplo:

    1.

    32

    2

    32 99 x

    dx

    x

    dx

    a2

    = 9 a = 3

    x2 = a

    2 sen

    2 x = a sen dx = a cos d

    sustituyendo en

    322322232 1

    coscos

    9

    sena

    da

    senaa

    da

    x

    dx

    como 22 1cos sen

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    134

    3366322 cos

    cos

    cos

    cos

    cos

    cos

    a

    da

    a

    da

    a

    da

    simplificando la ultima expresin

    22 cosa

    d

    como

    cos

    1sec elevando al cuadrado

    2

    2

    cos

    1sec

    sustituyendo

    da

    2

    2sec

    1

    integrando

    Ca

    tan1

    2

    Ahora necesitamos calcular el valor algebraico de tan1

    2a en funcin de la variable x

    original. Como x = a sen entonces h

    co

    a

    xsen

    22 xab

    si la podemos sustituir

    2222

    1tan

    1

    xa

    x

    aa

    colocando los valores correspondientes

    Cx

    x

    299

    1

    2.

    322

    2

    322 ua

    du

    ua

    du

    a2

    = a2 a = a

    u2 = a

    2 sen

    2 u = a sen du = a cos d

    ca

    cotan

    x

    a

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    135

    sustituyendo en

    3223222322 1

    coscos

    sena

    da

    senaa

    da

    ua

    du

    como 22 1cos sen

    3366322 cos

    cos

    cos

    cos

    cos

    cos

    a

    da

    a

    da

    a

    da

    simplificando la ultima expresin

    22 cosa

    d

    como

    cos

    1sec elevando al cuadrado

    2

    2

    cos

    1sec

    sustituyendo

    da

    2

    2sec

    1

    integrando

    Ca

    tan1

    2

    Ahora necesitamos calcular el valor algebraico de tan1

    2a en funcin de la variable u

    original. Como u = a sen entonces h

    co

    a

    xsen

    22 uab

    si la podemos sustituir

    2222

    1tan

    1

    ua

    u

    aa

    8.6 En el integrando incluye una expresin de la forma 22 xa

    Ejemplo:

    ca

    cotan

    u

    a

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    136

    1. dxxx 42

    a2

    = 4 a = 2

    x2 = a

    2tan

    2 x = a tan dx = a sec

    2d

    sustituyendo en

    daaadaaaadxxx22222222 sec1tantansectantan4

    como 1tansec22

    daaadaaa2222 secsectansecsectan

    simplificando la ultima expresin

    da23 secsectan

    ddu

    u

    u

    tansec

    sec

    sec

    entonces

    duua23

    integrando Cau

    a 3

    sec

    3

    33

    33

    ahora calcularemos el valor algebraico de 33 seca en la funcin de la variable x original.

    Como x = a tan entonces ca

    co

    a

    xtan

    si la a

    bsec podemos sustituir

    x

    a

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    137

    3

    2

    323

    323

    33 4

    3

    4

    3sec

    3 a

    xa

    a

    xaa

    colocando los valores correspondientes y simplificando

    Cx 32 43

    1

    2. 94 2xx

    dx

    haciendo u = 2x y a = 3, resulta 222 94 aux . Por tanto si hacemos 2x = u,

    entonces x = u, dx = du. Sustituyendo

    22222

    21

    21

    94 auu

    du

    auu

    du

    xx

    dx

    a2

    =4 a = 2

    u2 = a

    2tan

    2 u = a tan du = a sec

    2 d

    sectan

    sec

    sectan

    sec

    1tantan

    sec

    tantan

    sec 2

    22

    2

    22

    2

    222

    2

    aa

    da

    aa

    da

    aa

    da

    aaa

    da

    simplificando la ultima expresin

    d

    asen

    d

    a

    d

    acsc

    11

    tan

    sec1

    integrando Cctga

    cscln1

    ahora calcularemos el valor algebraico de Cctga

    cscln1

    en la funcin de la variable

    x original. Como x = a tan entonces ca

    co

    a

    utan

    u

    a

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    138

    si la u

    bcsc y

    u

    actg podemos sustituir

    cu

    a

    u

    ua

    a

    22ln

    1

    colocando los valores correspondientes y simplificando

    x

    x

    xx

    x

    2

    349ln

    3

    1

    2

    3

    2

    49ln

    3

    1 22

    8.7 En el integrando incluye una expresin de la forma 22 ax

    Ejemplo:

    1.

    dxx

    x

    92

    2

    a2

    = 9 a = 3

    x2 = a

    2sec

    2 x = a sec dx = a tan secd

    sustituyendo en

    da

    aa

    dadx

    x

    xsectan

    sec

    sec

    9 222

    22

    2

    2

    da

    a

    dasectan

    1sec

    sec

    22

    22

    como 1setan22 c

    da

    a

    dada

    a

    dasectan

    tan

    secsectan

    tan

    sec 22

    22

    22

    simplificando la ultima expresin

    da32 sec

    integrando Ca

    tansecln

    2

    1

    2

    tansec2

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    139

    ahora calcularemos el valor algebraico de Ca

    tansecln

    2

    1

    2

    tansec2 en la

    funcin de la variable x original. Como x = a sec entonces ca

    hp

    a

    xsec

    si la a

    xsec

    a

    btan podemos sustituir

    Ca

    ax

    a

    xa

    ax

    a

    x

    a

    22

    22

    2 ln2

    1

    2

    colocando los valores correspondientes y simplificando

    Cxxaxx

    a

    axxaaxx

    3

    9ln

    2

    9

    2ln

    22

    22222222

    2.

    dxx

    x

    62

    2

    a2

    = 6 a = 3

    x2 = a

    2sec

    2 x = a sec dx = a tan secd

    sustituyendo en

    da

    aa

    dadx

    ax

    xsectan

    sec

    sec

    222

    22

    22

    2

    x

    a

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    140

    da

    a

    dasectan

    1sec

    sec

    22

    22

    como 1setan22 c

    da

    a

    dada

    a

    dasectan

    tan

    secsectan

    tan

    sec 22

    22

    22

    simplificando la ultima expresin

    da32 sec

    integrando Ca

    tansecln

    2

    1

    2

    tansec2

    ahora calcularemos el valor algebraico de Ca

    tansecln

    2

    1

    2

    tansec2 en la

    funcin de la variable x original. Como x = a sec entonces ca

    hp

    a

    xsec

    si la a

    xsec

    a

    btan podemos sustituir

    Ca

    ax

    a

    xa

    ax

    a

    x

    a

    22

    22

    2 ln2

    1

    2

    colocando los valores correspondientes y simplificando

    Cxxxx

    a

    axxaaxx

    3

    6ln3

    2

    6ln

    22

    2222222

    x

    a

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    141

    Saberes a reforzar: Integracin por sustitucin trigonomtrica

    Estrategias metodolgicas: Resolucin de ejercicios

    Ejercicios de Autoaprendizaje: No 12

    Calcular las integrales siguientes:

    1.

    ( )

    2.

    3.

    ( )

    4.

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    142

    5.

    ( )

    6.

    ( )

    7.

    8.

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    143

    9.

    10.

    11.

    12.

  • EVALUACION FORMATIVA APLICACIN DE DIFERENCIALES E INTEGRALES

    Nombre: _________________________________ Fecha: _________________________

    1.- Resuelve la siguiente integral

    dyy 1

    0

    212

    2.- Resuelve usando el mtodo de fracciones parciales

    923 xx

    dx

    3.- Resuelve usando el mtodo de sustitucin trigonomtrica

    923 xx

    dx

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    145

    GUIA DE OBSERVACION DIFERENICALES E INTEGRAL INDEFINIDA

    Nombre: ___________________________ Fecha: ________________________

    Entrega a tu profesor la evaluacin formativa junto la presente gua de observacin.

    Indicador Ejecucin Ponderacin Total Observaciones

    1.5

    1

    El procedimiento seguido es el de

    la integracin por partes.

    1.5

    La integral obtenida es correcta. 1

    El procedimiento seguido es el de

    las fracciones parciales.

    1.5

    La integral obtenida es la correcta. 1

    El procedimiento seguido es el de

    la sustitucin trigonomtrica.

    1.5

    La integral obtenida es la correcta. 1

    Calificacin final

    Escala

    Cumpli 1

    No cumpli 0

    Recomendaciones generales:

    _________________________________________________________________________

    _________________________________________________________________________

    _________________________________________________________________________

    _________________________________________________________________________

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    146

    GUIA DE OBSERVACION DIFERENCIALES

    Nombre: ___________________________ Fecha: ________________________

    Entrega a tu profesor la evaluacin formativa junto la presente gua de observacin.

    Indicador Escala

    Ponderacin

    Observaciones

    R1 El procedimiento seguido es

    correspondiente a la integral

    definida.

    R1 Sustituye de forma correcta a y b

    R1 El valor de la integral definida es

    correcto.

    R2

    Realizo correctamente la eleccin

    de u y du

    R2

    Realiza correctamente el proceso

    de sustitucin en la frmula de

    integral por partes.

    R2

    Obtiene el resultado correcto de la

    integral

    R3

    Realizo correctamente la eleccin

    del radical al cambio de variable

    de la funcin.

    R3

    Encuentra correctamente la

    funcin trigonomtrica que se

    debe usar mediante la ayuda del

    tringulo rectngulo.

    R3

    Regresa correctamente la integral

    a su variable original

    Calificacin final

    Escala

    Cumpli 1

    No cumpli 0

    Recomendaciones generales:

    _________________________________________________________________________

    _________________________________________________________________________

    _________________________________________________________________________

    _________________________________________________________________________

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    147

    AUTOEVALUACION

    En los siguientes ejercicios, determina la diferencial de la funcin que se indica:

    1.

    a)

    b)

    c)

    d)

    2.

    a) ( ) b) ( ) c) ( ) d) ( )

    3. senxdxx2

    a) Cxxsenxxx cos22cos2

    b) Cxxsenxxx cos22cos2

    c) Cxxsenxxx cos22cos2

    d) Cxxsenxxx cos22cos2

    4. xdxlnx 32

    a) c

    xx

    x

    93ln

    3

    33

    b) cx

    xx

    3

    3ln9

    33

    c) cx

    xx

    9

    3ln3

    33

    d) c

    xx

    x

    9ln

    3

    33

    5.

    dxx

    x 29

    a) cxx

    x

    22

    993

    ln

    b) cxx

    x

    22

    9393

    ln

    c) cxx

    x

    22

    993

    ln3

    d) cxx

    x

    22

    993

    ln3

    6. 24 yy

    dy

    a) cy

    y

    24ln

    2

    12

    b) cy

    y

    24ln2

    2

    7. cy

    2

    24ln

    2

    12

    cy

    y

    24ln

    2

    12

  • CUADERNO DE CALCULO INTEGRAL

    148

    ESCALA DE MEDICION DEL APRENDIZAJE

    Si todas tus respuestas fueron correctas: excelente, por lo que te invitamos a continuar con esa dedicacin.

    Si tienes de 6 a 8 aciertos, tu aprendizaje es bueno, pero es necesario que nuevamente repases los temas.

    Si contestaste correctamente 5 menos reactivos, tu aprendizaje es insuficiente, por lo que te recomendamos solicitar asesora a tu profesor.

    RETROALIMENTACION

    Como complemento a la autoevaluacin realizada te encuentras en punto donde es

    importante analizar cules son tus dudas. Llena el siguiente cuadro que te servir como gua

    al momento de exponer tus ideas al profesor.

    Tema Qu aprend? Qu me falta?