Iv
CAL1 • Integrales
CALC_BEE_473
Examen de Cálculo
Enunciado
Calcular el valor de la siguiente integral definida:
$$ \int_{0}^{3} \left( \min \left( 2x, \frac{5 - x}{2} \right) - \max \left( -\frac{x}{2}, 2x - 5 \right) \right) dx $$
$$ \int_{0}^{3} \left( \min \left( 2x, \frac{5 - x}{2} \right) - \max \left( -\frac{x}{2}, 2x - 5 \right) \right) dx $$
Solución Paso a Paso
1. Análisis de las funciones min y max:
Para resolver la integral, debemos determinar en qué intervalos una función es menor o mayor que la otra dentro del intervalo $[0, 3]$.
Igualamos las funciones: $2x = \frac{5-x}{2} \Rightarrow 4x = 5 - x \Rightarrow 5x = 5 \Rightarrow x = 1$.
Igualamos las funciones: $-\frac{x}{2} = 2x - 5 \Rightarrow -x = 4x - 10 \Rightarrow 5x = 10 \Rightarrow x = 2$.
2. División de la integral:
Debemos dividir el intervalo $[0, 3]$ en los puntos críticos hallados ($x=1$ y $x=2$):
$$ I = \int_{0}^{1} \left( 2x - \left( -\frac{x}{2} \right) \right) dx + \int_{1}^{2} \left( \frac{5-x}{2} - \left( -\frac{x}{2} \right) \right) dx + \int_{2}^{3} \left( \frac{5-x}{2} - (2x-5) \right) dx $$
3. Desarrollo paso a paso:
$\int_{0}^{1} \frac{5x}{2} dx = \left[ \frac{5x^2}{4} \right]_{0}^{1} = \frac{5}{4}$
$\int_{1}^{2} \left( \frac{5}{2} - \frac{x}{2} + \frac{x}{2} \right) dx = \int_{1}^{2} \frac{5}{2} dx = \left[ \frac{5x}{2} \right]_{1}^{2} = 5 - \frac{5}{2} = \frac{5}{2}$
$\int_{2}^{3} \left( \frac{5}{2} - \frac{x}{2} - 2x + 5 \right) dx = \int_{2}^{3} \left( \frac{15}{2} - \frac{5x}{2} \right) dx = \left[ \frac{15x}{2} - \frac{5x^2}{4} \right]_{2}^{3}$
$= (\frac{45}{2} - \frac{45}{4}) - (15 - 5) = \frac{45}{4} - 10 = \frac{5}{4}$
4. Suma total:
$I = \frac{5}{4} + \frac{5}{2} + \frac{5}{4} = \frac{5}{4} + \frac{10}{4} + \frac{5}{4} = \frac{20}{4} = 5$
$$ \boxed{5} $$
Para resolver la integral, debemos determinar en qué intervalos una función es menor o mayor que la otra dentro del intervalo $[0, 3]$.
- Para $\min(2x, \frac{5-x}{2})$:
Igualamos las funciones: $2x = \frac{5-x}{2} \Rightarrow 4x = 5 - x \Rightarrow 5x = 5 \Rightarrow x = 1$.
- Si $0 \le x \le 1$, entonces $2x \le \frac{5-x}{2}$, por lo que $\min = 2x$.
- Si $1 \le x \le 3$, entonces $\frac{5-x}{2} \le 2x$, por lo que $\min = \frac{5-x}{2}$.
- Para $\max(-\frac{x}{2}, 2x - 5)$:
Igualamos las funciones: $-\frac{x}{2} = 2x - 5 \Rightarrow -x = 4x - 10 \Rightarrow 5x = 10 \Rightarrow x = 2$.
- Si $0 \le x \le 2$, entonces $-\frac{x}{2} \ge 2x - 5$, por lo que $\max = -\frac{x}{2}$.
- Si $2 \le x \le 3$, entonces $2x - 5 \ge -\frac{x}{2}$, por lo que $\max = 2x - 5$.
2. División de la integral:
Debemos dividir el intervalo $[0, 3]$ en los puntos críticos hallados ($x=1$ y $x=2$):
$$ I = \int_{0}^{1} \left( 2x - \left( -\frac{x}{2} \right) \right) dx + \int_{1}^{2} \left( \frac{5-x}{2} - \left( -\frac{x}{2} \right) \right) dx + \int_{2}^{3} \left( \frac{5-x}{2} - (2x-5) \right) dx $$
3. Desarrollo paso a paso:
- Intervalo $[0, 1]$:
$\int_{0}^{1} \frac{5x}{2} dx = \left[ \frac{5x^2}{4} \right]_{0}^{1} = \frac{5}{4}$
- Intervalo $[1, 2]$:
$\int_{1}^{2} \left( \frac{5}{2} - \frac{x}{2} + \frac{x}{2} \right) dx = \int_{1}^{2} \frac{5}{2} dx = \left[ \frac{5x}{2} \right]_{1}^{2} = 5 - \frac{5}{2} = \frac{5}{2}$
- Intervalo $[2, 3]$:
$\int_{2}^{3} \left( \frac{5}{2} - \frac{x}{2} - 2x + 5 \right) dx = \int_{2}^{3} \left( \frac{15}{2} - \frac{5x}{2} \right) dx = \left[ \frac{15x}{2} - \frac{5x^2}{4} \right]_{2}^{3}$
$= (\frac{45}{2} - \frac{45}{4}) - (15 - 5) = \frac{45}{4} - 10 = \frac{5}{4}$
4. Suma total:
$I = \frac{5}{4} + \frac{5}{2} + \frac{5}{4} = \frac{5}{4} + \frac{10}{4} + \frac{5}{4} = \frac{20}{4} = 5$
$$ \boxed{5} $$