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Integrales: primitivas, integrales inmediatas y por partes

Integrar es lo contrario de derivar: buscar una función, la primitiva, cuya derivada sea la que tenemos. Se hace con la tabla de inmediatas y pocos métodos.

Matemáticas · 2.º de Bachillerato

Apartados del tema (5)

Qué es una integral indefinida

Una primitiva de una función f es otra función F cuya derivada es f. Como x³ tiene derivada 3x², x³ es una primitiva de 3x²; pero también lo son x³ + 7 y x³ − 2, porque la derivada de una constante es 0. Por eso todas las primitivas se escriben juntas como F(x) + C, donde C es cualquier número, y a ese conjunto se le llama integral indefinida: ∫ 3x² dx = x³ + C.

El signo ∫ es una S alargada (de «suma») y el dx indica la variable respecto de la que se integra. Una integral se comprueba siempre derivando el resultado: si sale el integrando, está bien. Las constantes que multiplican salen fuera y la integral de una suma es la suma de las integrales, lo que permite integrar término a término.

Primitivala integral de f de x, de x, es F de x más C si y solo si F prima de x es igual a f de x
Linealidadla integral de k por f más menos g es k por la integral de f más menos la integral de g

Apartados del tema

Integrales inmediatas

Las integrales inmediatas son las que se leen directamente en la tabla, al revés que las derivadas: ∫ cos x dx = sen x + C, ∫ eˣ dx = eˣ + C, ∫ 1/(1 + x²) dx = arc tg x + C. La potencia vale para cualquier exponente salvo −1, también fraccionario: √x es la potencia de exponente 1/2, así que ∫ √x dx = 2x√x/3 + C. Y para x⁻¹ = 1/x la primitiva es el logaritmo.

Cada fila tiene su versión compuesta, con una función u en lugar de x y su derivada multiplicando: es la regla de la cadena al revés. En ∫ 2x · cos(x²) dx, u = x² y u′ = 2x, así que la integral es sen(x²) + C. Si solo falta un número, se multiplica y se divide por él: ∫ cos 3x dx = (1/3) ∫ 3 cos 3x dx = sen 3x/3 + C. Si lo que falta lleva x, la integral no es inmediata.

Potenciala integral de x elevado a n es x elevado a n más 1 partido por n más 1, más C, con n distinto de menos 1
Logaritmola integral de 1 partido por x es el logaritmo neperiano del valor absoluto de x, más C
Compuestala integral de e elevado a u por u prima es e elevado a u más C; la integral de coseno de u por u prima es seno de u más C

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Cambio de variable

Cuando una raíz o una exponencial complica la integral, se cambia la variable para quitarla. En ∫ x√(x + 1) dx se toma t = √(x + 1): entonces x = t² − 1 y dx = 2t dt, y la integral se convierte en la de un polinomio, ∫ (t² − 1) · t · 2t dt. Al terminar se deshace el cambio, sustituyendo t por √(x + 1). Las inmediatas compuestas son, en el fondo, un cambio de variable que se hace de cabeza.

Con t = g(x)la integral de f de g de x por g prima de x, de x, es la integral de f de t, de t, con t igual a g de x

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Integración por partes

La integración por partes sale de la derivada de un producto y sirve para integrales de un producto de funciones de distinto tipo, como x · eˣ, x² · sen x o x · ln x. Se elige qué factor es u (el que se deriva) y qué es dv (el que se integra), de modo que la integral que queda, ∫ v du, sea más sencilla que la de partida.

Para elegir u se usa la regla ALPES, por orden de preferencia: Arcos (arc tg x, arc sen x), Logaritmos, Polinomios, Exponenciales y Senos o cosenos. En ∫ x · eˣ dx, u = x (polinomio) y dv = eˣ dx, y queda x · eˣ − ∫ eˣ dx = (x − 1) · eˣ + C. Algunas integrales piden partes dos veces (x² · eˣ) y otras, las cíclicas como eˣ · sen x, vuelven a dar la integral de partida, que se despeja como una incógnita.

Por partesla integral de u, de v, es u por v menos la integral de v, de u

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Integrales racionales

Una integral racional es la de un cociente de polinomios. Si el numerador tiene el mismo grado que el denominador o más, primero se dividen. Después se factoriza el denominador (con Ruffini) y la fracción se descompone en fracciones simples: una por cada raíz, y una por cada potencia si la raíz es múltiple. Los coeficientes A, B… se calculan quitando denominadores y dando a x el valor de las raíces.

Fracciones simplesx más 5 partido por x menos 1 por x más 2 es igual a A partido por x menos 1 más B partido por x más 2
  • Raíz simple: A/(x − a) se integra como A · ln |x − a|.
  • Raíz múltiple: B/(x − a)² se integra como potencia: −B/(x − a).
  • Factor de segundo grado sin raíces: en general se separa en un logaritmo y un arco tangente, completando el cuadrado; si el numerador es constante, como aquí, solo queda el arco tangente: ∫ dx/(x² + 2x + 5) = arc tg((x + 1)/2)/2 + C.

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Ejemplos resueltos paso a paso

  1. Ejemplo 1: Calcula integral de x abre paréntesis x al cuadrado más 1 cierra paréntesis al cubo, de x

    1. Es una integral inmediata de tipo potencia (uⁿ · u′), con

      u = x² + 1, u′ = 2x

    2. Falta un 2 para tener u′: multiplicamos y dividimos por 2. Aplicamos la fórmula:

      integral de u elevado a n por u prima, de x igual a fracción de numerador u elevado a n más 1 y denominador n más 1, más C

    3. integral de x abre paréntesis x al cuadrado más 1 cierra paréntesis al cubo, de x igual a 1 partido por 2 integral de 2 x por abre paréntesis x al cuadrado más 1 cierra paréntesis al cubo, de x igual a 1 partido por 2 por fracción de numerador abre paréntesis x al cuadrado más 1 cierra paréntesis elevado a 4 y denominador 4, igual a fracción de numerador abre paréntesis x al cuadrado más 1 cierra paréntesis elevado a 4 y denominador 8, más C

    Solución integral de x abre paréntesis x al cuadrado más 1 cierra paréntesis al cubo, de x igual a fracción de numerador abre paréntesis x al cuadrado más 1 cierra paréntesis elevado a 4 y denominador 8, más C

  2. Ejemplo 2: Calcula integral de x al cuadrado por logaritmo neperiano de x, de x

    1. Integramos por partes (regla ALPES: u es el logaritmo, que al derivarlo se convierte en una fracción).

      integral de u, de v igual a u por v menos integral de v, de u

    2. u = ln x ⇒ du = 1/x dx

    3. dv igual a x al cuadrado dx implica v igual a integral de x al cuadrado, de x igual a fracción de numerador x al cubo y denominador 3

    4. Aplicamos la fórmula:

      integral de x al cuadrado por logaritmo neperiano de x, de x igual a fracción de numerador x al cubo y denominador 3, por logaritmo neperiano de x menos integral de fracción de numerador x al cubo y denominador 3, por 1 partido por x, de x igual a fracción de numerador x al cubo y denominador 3, por logaritmo neperiano de x menos integral de fracción de numerador x al cuadrado y denominador 3, de x

    5. La integral que queda es inmediata:

      integral de fracción de numerador x al cuadrado y denominador 3, de x igual a fracción de numerador x al cubo y denominador 9

    6. Juntamos y simplificamos:

      integral de x al cuadrado por logaritmo neperiano de x, de x igual a fracción de numerador x al cubo y denominador 3, por logaritmo neperiano de x menos fracción de numerador x al cubo y denominador 9, igual a fracción de numerador x al cubo por logaritmo neperiano de x y denominador 3, menos fracción de numerador x al cubo y denominador 9, más C

    Solución integral de x al cuadrado por logaritmo neperiano de x, de x igual a fracción de numerador x al cubo por logaritmo neperiano de x y denominador 3, menos fracción de numerador x al cubo y denominador 9, más C

  3. Ejemplo 3: Calcula integral de fracción de numerador x más 5 y denominador x al cuadrado más x menos 2, de x

    1. Factorizamos el denominador:

      x² + x − 2 = (x − 1)(x + 2)

    2. Descomponemos en fracciones simples, una por cada raíz del denominador:

      (x + 5)/((x − 1)(x + 2)) = A/(x − 1) + B/(x + 2)

    3. Sumamos las fracciones de la derecha e igualamos los numeradores:

      x + 5 = A(x + 2) + B(x − 1)

    4. Damos valores a x: primero, las raíces del denominador, que anulan casi todos los sumandos.

      x = 1: 6 = 3A ⇒ A = 2

    5. x = −2: 3 = −3B ⇒ B = −1

    6. Sustituimos los coeficientes y la integral queda en una suma de integrales inmediatas:

      integral de fracción de numerador x más 5 y denominador x al cuadrado más x menos 2, de x igual a integral de fracción de numerador 2 y denominador x menos 1, menos fracción de numerador 1 y denominador x más 2, de x

    7. Inmediata de tipo logaritmo neperiano (u′/u) con u = x − 1, u′ = 1.

      integral de u prima partido por u, de x igual a logaritmo neperiano de valor absoluto de u, más C

    8. integral de fracción de numerador 1 y denominador x menos 1, de x igual a logaritmo neperiano de valor absoluto de x menos 1

    9. Inmediata de tipo logaritmo neperiano (u′/u) con u = x + 2, u′ = 1.

      integral de u prima partido por u, de x igual a logaritmo neperiano de valor absoluto de u, más C

    10. integral de fracción de numerador 1 y denominador x más 2, de x igual a logaritmo neperiano de valor absoluto de x más 2

    11. La integral de una suma es la suma de las integrales, y las constantes salen fuera: integramos cada término.

      integral de fracción de numerador 2 y denominador x menos 1, menos fracción de numerador 1 y denominador x más 2, de x igual a 2 integral de fracción de numerador 1 y denominador x menos 1, de x menos integral de fracción de numerador 1 y denominador x más 2, de x igual a 2 por logaritmo neperiano de valor absoluto de x menos 1, menos logaritmo neperiano de valor absoluto de x más 2, igual a 2 logaritmo neperiano de valor absoluto de x menos 1, menos logaritmo neperiano de valor absoluto de x más 2, más C

    Solución integral de fracción de numerador x más 5 y denominador x al cuadrado más x menos 2, de x igual a 2 logaritmo neperiano de valor absoluto de x menos 1, menos logaritmo neperiano de valor absoluto de x más 2, más C

Calculadora de integralesIntegrales paso a paso: indefinidas, definidas y áreasTabla de integralesInmediatas simples y compuestas, en PDF y para practicar

Errores frecuentes

  • Olvidar la constante C en las integrales indefinidas.
  • Derivar en lugar de integrar: la integral de sen x es −cos x y la de cos x es sen x (los signos van al revés que en las derivadas).
  • Integrar un producto o un cociente factor a factor: ∫ x · eˣ dx no es x²/2 · eˣ (se hace por partes).
  • Meter o sacar de la integral algo que lleva x para «completar» u′: solo se pueden ajustar números.

Ponte a prueba

Cinco preguntas rápidas. Al elegir una respuesta ves si es correcta y por qué.

  1. 1. ¿Cuál es la integral de 6x² − 4x + 3?
  2. 2. ¿Por qué se suma la constante C?
  3. 3. ¿Cuál es la integral de cos(3x)?
  4. 4. Para integrar x · ln x por partes, ¿qué conviene elegir como u?
  5. 5. ¿Cuál es la integral de 2x/(x² + 1)?

Ejercicios de integrales para imprimir

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En qué cursos se ve

El Real Decreto 243/2022 sitúa el cálculo de primitivas en 2.º de Bachillerato, en Matemáticas II y en Matemáticas Aplicadas a las Ciencias Sociales II, como herramienta para calcular áreas bajo una curva. Tu comunidad autónoma puede ordenarlo de otra forma: consulta la programación de tu centro.

Qué trabaja según el currículo

Elementos del currículo que se trabajan en este tema, con el texto literal de la norma.

Matemáticas II · Bachillerato, 2.º

Ver competencias, criterios y saberes · Matemáticas II, Bachillerato, 2.º

Saberes básicos · Matemáticas II, Bachillerato, 2.º

B. Sentido de la medida

  • Medición: Cálculo de áreas bajo una curva: técnicas elementales para el cálculo de primitivas.

Fuente: RD 243/2022, enseñanzas mínimas estatales.

Matemáticas Aplicadas a las Ciencias Sociales II · Bachillerato, 2.º

Ver competencias, criterios y saberes · Matemáticas Aplicadas a las Ciencias Sociales II, Bachillerato, 2.º

Saberes básicos · Matemáticas Aplicadas a las Ciencias Sociales II, Bachillerato, 2.º

B. Sentido de la medida

  • Medición: Técnicas elementales para el cálculo de primitivas. Aplicación al cálculo de áreas.

Fuente: RD 243/2022, enseñanzas mínimas estatales.

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    Calculadora de límites

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