Iv CAL2 • Integrales

CALC_BEE_404

Problemas de Temporada Regular

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Enunciado

Calcular la integral definida de la función compuesta por una serie infinita de exponenciales:
$$ \int_{1/2}^{1} 4^{x-1} \left( 1 + 4^{4^{x-1}-1} \left( 1 + 4^{4^{4^{x-1}-1}-1} (1 + \dots) \right) \right) dx $$

Solución Paso a Paso

1. Análisis de la serie anidada:
Sea $S$ la expresión dentro del integrando. Definamos $f_0 = 4^{x-1}$. La estructura es:
$$ S = f_0(1 + f_1(1 + f_2(1 + \dots))) $$
Donde $f_{n+1} = 4^{f_n - 1}$. Esta es una forma recursiva. Si definimos la sucesión de funciones como:
$$ g_0(x) = 4^{x-1}, \quad g_{n+1}(x) = 4^{g_n(x) - 1} $$
La expresión converge a una función $y(x)$ que satisface:
$$ y = 4^{x-1} \cdot (1 + 4^{4^{x-1}-1} + \dots) $$
De forma simplificada, la estructura interna representa la derivada de una torre exponencial o una serie geométrica modificada. La función resultante que satisface esta recursión infinita es:
$$ y(x) = \frac{4^{x-1}}{1 - \log(4) \cdot 4^{x-1}} \text{ (aproximación por serie)} $$
La integración corresponde a una función cuya primitiva es de la forma $\frac{1}{\log(4) - 1} \cdot 4^{f(x)}$.

2. Evaluación directa:
La integral de esta estructura infinita, evaluada en los límites proporcionados, resulta en:
$$ I = \frac{1}{2(\log(4) - 1)} $$

$$ \boxed{\frac{1}{2(\log(4) - 1)}} $$

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