Integrales
INTEGRALES INDEFINIDAS
Usted está familiarizado con algunas operaciones inversas. La adición y la sustracción son operaciones inversas, la multiplicación y la división son también operaciones inversas, así como la potenciación y la extracción de raíces. Ahora, conocerá la operación inversa la de derivacióno diferenciación denominada antiderivación o antidiferenciación, la cual implica el cálculo de una antiderivada, concepto que conoceremos a continuación, Antiderivada. La antiderivada de una función f en un intervalo I, es otra función F tal que para todo x ∈ I , F ′( x ) = f ( x ). Ejemplo. Si F es la función definida por F ( x) = 4 x3 + x 2 + 5, entonces F ′( x) =12 x 2 + 2 x. De modo que si f( x) = 12 x 2 + 2 x, entonces f es la derivada de F, y F es la antiderivada de f. Si G es la función definida por G ( x) = 4 x3 + x 2 −17, entonces G también es una antiderivada de f, porque G′( x) =12 x 2 + 2 x. En realidad, cualquier función H definida por H ( x) = 4 x3 + x 2 + C , donde C es una constante, es una antiderivada de f. Teorema 1. Si f y g son dos funciones definidas en el intervaloI, tales que f ′( x) = g ′( x) para todo x ∈ I , entonces existe una constante K tal que f ( x) = g ( x) + K para todo x ∈ I .
“La antiderivación o antidiferenciación es el proceso mediante el cual se determina el conjunto de todas las antiderivadas de una función dada. El símbolo
∫
denota la operación de antiderivación, y se escribe
F ′( x) = f ( x) y d ( F ( x ) ) = f ( x ) dx ”.∫ f ( x) dx = F ( x) + C ,
donde
En la igualdad
∫ f ( x) dx = F ( x) + C,
x es la variable de integración, f ( x) es el
integrando y la expresión F ( x ) + C recibe el nombre de antiderivada general o “integral indefinida” de f. Si { F ( x ) + C} es el conjunto de todas las funciones cuyas diferenciales sean f ( x) dx, también es el conjunto de todas las funciones cuya derivada esf ( x ).
1
Eleazar J. García Teorema 2.
Integrales Indefinidas
∫ ∫
∫[
dx = x + C.
Teorema 3.
af ( x ) dx = a
∫
f ( x) dx, donde a es una constante.
Teorema 4. Si las funciones f y g están definidas en el mismo intervalo, entonces
f ( x) + g ( x) ] dx =
∫
f ( x ) dx +
∫
g ( x ) dx.
Teorema 5. Si las funciones f1 , f 2 , f 3 ,… , f n están definidas enel mismo intervalo, entonces
∫[
c1 f1 ( x ) + c2 f 2 ( x ) + c3 f 3 ( x ) + … + cn f n ( x) ] dx = c1
∫
f1 ( x ) dx + c2
∫
f 2 ( x ) dx + c3
∫
f 3 ( x) dx + … + cn
∫
f n ( x ) dx,
donde c1 , c2 , c3 ,… , cn son constantes.
Teorema 6.
Si n es un número racional, entonces
∫
∫
x n dx =
x n +1 +C n +1
n ≠ − 1.
Ejemplos. 1) Evalúe Solución.
∫(5x
4
− 8 x 3 + 9 x 2 − 2 x + 7 ) dx
∫
(5x
4
− 8 x 3 + 9 x 2 − 2 x + 7 ) dx = 5
∫
x 4 dx − 8
x 3 dx + 9
∫
x 2 dx − 2
∫
x dx + 7
∫
dx
=5⋅
x5 x4 x3 x2 − 8⋅ + 9⋅ − 2⋅ + 7x + C 5 4 3 2
= x5 − 2 x4 + 3 x3 − x2 + 7 x + C
2) Calcule
∫
1 x x + dx x
2
Integrales Indefinidas Solución.
Lic. Eleazar J. García
∫
1 x x + dx = x
∫
x
1
2
( x + x ) dx = ( x
−1
∫
3
2
+x
−1
2
) dx =
x
5
2
5 2
+
x
1
2
1 2
+ C = 2 x 2 + 2x 2 + C 5
5 1
3) Determine Solución.
∫
5t 2 + 7 dt 4 t3
∫
5t 2 + 7 dt = 5 4 t3
∫
5
t2 4 dt + 7 t3
−1 3
∫
1 t3 t 3 2 −4 t 3 dt + 7 t 3 dt = 5 ⋅ 5 + 7 ⋅ 1 + C 4 dt = 5 −3 t3 3
5
∫
∫
5
−1
=3t 3 − 21t
+ C = 3t 3 −
21 1 +C t3
Los teoremas para las integrales indefinidas de las funciones trigonométricas seno, coseno, secante al cuadrado, cosecante al cuadrado, secante por tangente y cosecante por cotangente, son deducciones inmediatas de los teoremas correspondientes de diferenciación. A continuación se presentan tales teoremas.
Teorema 7.
∫
sen x dx = − cos x + C...
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