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Integrales

La integración es el proceso inverso a la derivación. Mientras que la derivada mide la rapidez de cambio, la integral acumula esos cambios para hallar un total (como un área o un volumen).


Matemáticamente, la integral definida representa el área bajo la curva de una función f(x)f(x) entre dos puntos aa y bb. abf(x)dx\int_a^b f(x) \, dx

Establece que si F(x)F(x) es la antiderivada de f(x)f(x), entonces: abf(x)dx=F(b)F(a)\int_a^b f(x) \, dx = F(b) - F(a) (Esto se conoce como la Regla de Barrow).


Estas reglas te permiten “limpiar” la operación antes de resolverla:

  1. Linealidad (Suma/Resta): [f(x)±g(x)]dx=f(x)dx±g(x)dx\int [f(x) \pm g(x)] \, dx = \int f(x) \, dx \pm \int g(x) \, dx
  2. Factor constante: kf(x)dx=kf(x)dx\int k \cdot f(x) \, dx = k \cdot \int f(x) \, dx (Las constantes salen de la integral).
  3. Inversión de límites: abf(x)dx=baf(x)dx\int_a^b f(x) \, dx = -\int_b^a f(x) \, dx

Se usa cuando ves una función y su derivada dentro de la misma integral.

  • Ejemplo: ln(x)xdx\int \frac{\ln(x)}{x} dx
  • Paso: Hacemos u=ln(x)u = \ln(x), entonces du=1xdxdu = \frac{1}{x} dx.
  • Resultado: udu=u22+C(ln(x))22+C\int u \, du = \frac{u^2}{2} + C \rightarrow \mathbf{\frac{(\ln(x))^2}{2} + C}

Para productos de funciones de distinta naturaleza (Algebraica x Logarítmica, etc.).

  • Fórmula: udv=uvvdu\int u \, dv = uv - \int v \, du (Usa el truco LIATE para elegir uu).
  • Ejemplo: xcos(x)dx\int x \cdot \cos(x) dx
  • Paso: u=x,dv=cos(x)du=dx,v=sin(x)u=x, dv=\cos(x) \rightarrow du=dx, v=\sin(x).
  • Resultado: xsin(x)sin(x)dx=xsin(x)+cos(x)+Cx \sin(x) - \int \sin(x) dx = \mathbf{x \sin(x) + \cos(x) + C}

Para divisiones de polinomios. Descomponemos una fracción difícil en varias simples.

  • Ejemplo: 1(x2)(x3)dx\int \frac{1}{(x-2)(x-3)} dx
  • Paso: Se separa en Ax2+Bx3\frac{A}{x-2} + \frac{B}{x-3}. Tras resolver, A=1A=-1 y B=1B=1.
  • Resultado: 1x2+1x3=lnx3x2+C\int \frac{-1}{x-2} + \frac{1}{x-3} = \mathbf{\ln\left|\frac{x-3}{x-2}\right| + C}

Para eliminar raíces de la forma a2x2\sqrt{a^2 - x^2} usando el Teorema de Pitágoras.

  • Ejemplo: 1x2dx\int \sqrt{1 - x^2} dx
  • Paso: Hacemos x=sin(θ)x = \sin(\theta), lo que convierte la raíz en cos(θ)\cos(\theta).
  • Resultado: 12(arcsin(x)+x1x2)+C\mathbf{\frac{1}{2}(\arcsin(x) + x\sqrt{1-x^2}) + C}

Para potencias de seno y coseno.

  • Ejemplo: sin3(x)dx\int \sin^3(x) dx
  • Paso: Separamos en sin2(x)sin(x)\sin^2(x) \cdot \sin(x) y usamos 1cos2(x)1-\cos^2(x).
  • Resultado: cos3(x)3cos(x)+C\mathbf{\frac{\cos^3(x)}{3} - \cos(x) + C}

4. Resumen de decisión: ¿Qué método usar?

Sección titulada «4. Resumen de decisión: ¿Qué método usar?»
  1. ¿Es inmediata? Revisa la tabla básica.
  2. ¿Hay una “función madre” y su derivada? \rightarrow Sustitución.
  3. ¿Es un producto (ej. xexx \cdot e^x)? \rightarrow Por Partes.
  4. ¿Es una división de polinomios? \rightarrow Fracciones Parciales.
  5. ¿Hay raíces cuadradas molestas? \rightarrow Sust. Trigonométrica.

[Image: Flowchart for choosing the correct integration method]