Ii
CAL2 • Integrales
CALC_BEE_545
Examen de Cálculo
Enunciado
Calcular la siguiente integral indefinida y verificar el resultado proporcionado:
$$ \int \frac{1 - 2x}{(1 + x)^2 x^{2/3}} dx = \frac{3x^{1/3}}{1 + x} $$
$$ \int \frac{1 - 2x}{(1 + x)^2 x^{2/3}} dx = \frac{3x^{1/3}}{1 + x} $$
Solución Paso a Paso
1. Identificación de datos y estrategia:
Se presenta una integral con una función racional multiplicada por una potencia fraccionaria en el denominador. La estructura del resultado sugiere realizar una sustitución que simplifique el término $x^{1/3}$ o el denominador $(1+x)$.
2. Ejecución del cambio de variable:
Sea la sustitución:
$$ u = x^{1/3} \implies x = u^3 $$
Derivando con respecto a $u$:
$$ dx = 3u^2 du $$
Sustituyendo en la integral original:
$$ I = \int \frac{1 - 2(u^3)}{(1 + u^3)^2 (u^3)^{2/3}} (3u^2 du) = \int \frac{1 - 2u^3}{(1 + u^3)^2 u^2} (3u^2 du) $$
Simplificando los términos $u^2$:
$$ I = 3 \int \frac{1 - 2u^3}{(1 + u^3)^2} du $$
3. Descomposición y simplificación:
Podemos reescribir el numerador para facilitar la integración:
$$ 1 - 2u^3 = (1 + u^3) - 3u^3 $$
Sustituyendo esto en la integral:
$$ I = 3 \int \left( \frac{1 + u^3}{(1 + u^3)^2} - \frac{3u^3}{(1 + u^3)^2} \right) du = 3 \int \frac{1}{1 + u^3} du - 9 \int \frac{u^3}{(1 + u^3)^2} du $$
Sin embargo, es más eficiente observar que la expresión es la derivada de un cociente. Si proponemos la forma $f(u) = \frac{3u}{1+u^3}$:
$$ \frac{d}{du} \left( \frac{3u}{1+u^3} \right) = \frac{3(1+u^3) - (3u)(3u^2)}{(1+u^3)^2} = \frac{3 + 3u^3 - 9u^3}{(1+u^3)^2} = \frac{3(1 - 2u^3)}{(1+u^3)^2} $$
Esta es exactamente la expresión simplificada obtenida en el paso anterior.
4. Resultado final:
Integrando la derivada encontrada:
$$ I = \frac{3u}{1+u^3} + C $$
Regresando a la variable original $x$ (donde $u = x^{1/3}$ y $u^3 = x$):
$$ \boxed{I = \frac{3x^{1/3}}{1 + x} + C} $$
Se verifica que el resultado coincide con el planteamiento.
Se presenta una integral con una función racional multiplicada por una potencia fraccionaria en el denominador. La estructura del resultado sugiere realizar una sustitución que simplifique el término $x^{1/3}$ o el denominador $(1+x)$.
2. Ejecución del cambio de variable:
Sea la sustitución:
$$ u = x^{1/3} \implies x = u^3 $$
Derivando con respecto a $u$:
$$ dx = 3u^2 du $$
Sustituyendo en la integral original:
$$ I = \int \frac{1 - 2(u^3)}{(1 + u^3)^2 (u^3)^{2/3}} (3u^2 du) = \int \frac{1 - 2u^3}{(1 + u^3)^2 u^2} (3u^2 du) $$
Simplificando los términos $u^2$:
$$ I = 3 \int \frac{1 - 2u^3}{(1 + u^3)^2} du $$
3. Descomposición y simplificación:
Podemos reescribir el numerador para facilitar la integración:
$$ 1 - 2u^3 = (1 + u^3) - 3u^3 $$
Sustituyendo esto en la integral:
$$ I = 3 \int \left( \frac{1 + u^3}{(1 + u^3)^2} - \frac{3u^3}{(1 + u^3)^2} \right) du = 3 \int \frac{1}{1 + u^3} du - 9 \int \frac{u^3}{(1 + u^3)^2} du $$
Sin embargo, es más eficiente observar que la expresión es la derivada de un cociente. Si proponemos la forma $f(u) = \frac{3u}{1+u^3}$:
$$ \frac{d}{du} \left( \frac{3u}{1+u^3} \right) = \frac{3(1+u^3) - (3u)(3u^2)}{(1+u^3)^2} = \frac{3 + 3u^3 - 9u^3}{(1+u^3)^2} = \frac{3(1 - 2u^3)}{(1+u^3)^2} $$
Esta es exactamente la expresión simplificada obtenida en el paso anterior.
4. Resultado final:
Integrando la derivada encontrada:
$$ I = \frac{3u}{1+u^3} + C $$
Regresando a la variable original $x$ (donde $u = x^{1/3}$ y $u^3 = x$):
$$ \boxed{I = \frac{3x^{1/3}}{1 + x} + C} $$
Se verifica que el resultado coincide con el planteamiento.