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Lim Sinf = Lim Ssup = Área de f( x) = f( x) dx = Integral definida

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Academic year: 2021

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(1)

LIC. MSC. DÁMASO ROJAS

 

INTEGRAL DEFINIDA 

 

Concepto de integral definida:  

 

Sea

 

una

 

función

 

continua

 

definida

 

en

 

[a,

 

b].

 

Supongamos

 

que

 

dividimos

 

este

 

intervalo

 

en

 

n

 

subintervalos

 

:

 

[a,x

1

]

 

,

 

[x

1

,x

2

]

 

,

 

[x

2

,x

3

]

 

...,

 

[x

n‐2

,x

n‐1

]

 

,

 

[x

n‐1

,b],

  

podríamos

 

calcular

 

la

 

suma

 

de

 

todas

 

las

 

áreas

 

de

 

los

 

rectángulos

 

superiores

 

e

 

inferiores

 

y

 

obtendríamos

 

:

 

S

sup

(f)

 

=

 

M

1

(x

1‐

x

0

)+

 

M

2

(x

2‐

x

1

)+

 

M

3

(x

3‐

x

2

)+...

 

M

n

(x

n‐

x

n‐1

)

 

siendo

 

M

,

 

M

,

 

etc.

 

los

 

máximos

 

de

 

f

 

en

 

cada

 

uno

 

de

 

los

 

intervalos

 

.

 

S

inf

(f)

 

=

 

m

1

(x

1‐

x

0

)+

 

m

2

(x

2‐

x

1

)+

 

m

3

(x

3‐

x

2

)+...

 

m

n

(x

n‐

x

n‐1

)

 

siendo

 

m

,

 

m

,

 

etc.

 

los

 

mínimos

 

de

 

f

 

en

 

cada

 

uno

 

de

 

los

 

intervalos

 

.

 

Lógicamente

 

S

inf 

<

 

Área

 

de

 

f(x)

 

<

 

S

sup 

 

 

 

Cuando

 

n

 

tiende

 

a

 

infinito

 

es

 

decir,

 

cuando

 

aumenta

 

el

 

número

 

de

 

subintervalos

 

entonces:

 

→∞ inf

=

→∞ sup

=

( )

=

( )

=

gra

b

n n

a

Lim S

Lim S

Área de f x

f x dx

Inte

l definida

 

 

Si

 

la

 

función

 

está

 

por

 

debajo

 

del

 

eje

 

x

 

la

 

amplitud

 

de

 

los

 

intervalos

 

sigue

 

siendo

 

positiva,

 

pero

 

las

 

Mi

 

y

 

las

 

mi

 

son

 

negativas,

 

por

 

lo

 

que

 

la

 

suma

 

dará

 

una

 

cantidad

 

negativa

 

y

 

por

 

tanto

 

el

 

área

 

será

 

negativa.

 

En

 

este

 

caso

 

se

 

debe

 

tomar

 

el

 

valor

 

absoluto.

 

(2)

ESPECIALIDADES: MECÁNICA - QUÍMICA LIC. MSC. DÁMASO ROJAS

446

 

 

 

Propiedades de la integral definida: (interpretación geométrica muy sencilla) 

 

 

( )

=

( )

+

( )

b c b a a c

f x dx

f x dx

f x dx

   

 

( )

=

0

a a

f x dx

 

 

( )

= −

( )

b a a b

f x dx

f x dx

 

 

Teorema fundamental del cálculo integral: (relación

 

entre

 

integral

 

definida

 

e

 

indefinida)

 

Definimos

 

la

 

siguiente

 

función:

  

( )

=

( )

x a

s x

f x dx

    

y

 

por

 

lo

 

tanto

  

+ Δ =

(

)

( )

x x a

s x

x

f x dx

 

 

ΔS

 

=

 

S(x+Δx)

S(x)=

 

( )

x x a

f x dx

( )

x a

f x dx

=

( )

=

( )

Δ

x x x

f x dx

f c x

 

Δ

=

Δ

( )

S

f c

x

       

 

         

Δ → Δ →

Δ

=

Δ

0 0

lim

lim ( )

x x

s

f c

x

         

     

S'(x)=f(x)

 

pues

 

c

 

tiende

 

a

 

x

 

cuando

 

incremento

 

de

 

x

 

tiende

 

a

 

cero.

  

Por

 

lo

 

tanto

 

S(x)

 

es

 

una

 

primitiva

 

de

 

f(x).

 

 

Regla de Barrow: 

 

Sea

 

S(x)

 

y

 

F(x)

 

dos

 

primitivas

 

de

 

f(x)

 

que

 

se

 

diferencian

 

lógicamente

 

en

 

una

 

constante.

 

( )

( )

( )

x a

s x

=

f x dx F x

=

+

k

 

(3)

LIC. MSC. DÁMASO ROJAS

( )

( )

( )

( )

( )

x a

s x

=

f x dx F x

=

+ =

k F x

F a

    

Si

 

calculamos

 

toda

 

el

 

área

 

encerrada

 

en

 

el

 

intervalo

 

[a,

 

b]:

( )

( )

( )

b

a

f x dx F b

=

F a

 

Nota:

 Si

 

f

 

es

 

continua

 

en

 

,

 

y

 

F

 

es

 

cualquier

 

antiderivada

 

de

 

f,

 

entonces

   

(

]

( )

( )

( )

( )

b b a a

f x dx

=

F x

=

F b

F a

Aplicaciones de la integral definida 

 

Cálculos de áreas: 

 

a)

 

Área

 

entre

 

una

 

curva

 

y

=

f x

( )

  

y

 

  

el

 

eje

 

X

  

 

 

Si

 

para

 

calcular

 

el

 

área

 

entre

 

una

 

curva

 

y

=

f

( )

x

,

el

 

eje

 

X

,

 

nos

 

limitamos

 

a

 

obtener

 

el

 

valor

 

de

 

la

 

integral

 

( )

b a

dx

x

f

,

 

donde

 

las

 

límites

 

de

 

integración

 

son

 

los

 

cortes

 

que

 

tiene

 

la

 

curva

 

con

 

el

 

eje,

 

nos

 

exponemos

 

a

 

equivocarnos,

 

pues

 

la

 

integral

 

compensa

 

áreas

 

positivas

 

y

 

negativas

 

y

 

su

 

valor

 

no

 

coincide

 

con

 

lo

 

que

 

usualmente

 

llamamos

 

área

.

 

Si

 

una

 

curva

 

cruza

 

el

 

eje

 

x

 

tendrá

 

una

 

parte

 

positiva

 

y

 

otra

 

negativa.

 

Si

 

queremos

 

calcular

 

el

 

área

 

total

 

debemos

 

de

 

calcular

 

los

 

puntos

 

de

 

corte

 

con

 

el

 

eje

 

X,

  

y

 

calcular

 

el

 

área

 

de

 

la

 

parte

 

de

 

arriba

 

y

 

la

 

de

 

abajo.

 

El

 

área

 

total

 

será

 

la

 

suma

 

de

 

todas

 

las

 

áreas

 

en

 

valor

 

absoluto.

 

(4)

ESPECIALIDADES: MECÁNICA - QUÍMICA LIC. MSC. DÁMASO ROJAS

448

 

Es conveniente seguir estos pasos: 

1.

Resuelve

 

la

 

ecuación

 

f

( )

x

=

0

 

para

 

averiguar

 

los

 

puntos

 

de

 

la

 

curva

 

con

 

el

 

eje

 

X

.

 

2.

Selecciona

 

las

 

raíces

 

que

 

estén

 

entre

 

a

y

 

b

y

 

ordénalas

 

de

 

menor

 

a

 

mayor.

 

Por

 

ejemplo:

   

1 2 3

a

< <

x

x

<

x

<

b

 

 

3.

Se

 

calcula

 

el

 

valor

 

absoluto

 

de

 

la

 

integral

 

definida

 

en

 

cada

 

tramo

 

que

 

queda

 

a

 

un

 

mismo

 

lado

 

del

 

X

y

 

se

 

suman

 

los

 

resultados,

 

es

 

decir:

 

( )

( )

( )

( )

1 2 3 1 2 3 x x x b a x x x

S

=

f x dx

+

f x dx

+

f x dx

+

f x dx

 

 

b)

 

Área

 

entre

 

una

 

curva

  

y

=

f x

( )

,

 

el

 

eje

 

X

 

y

 

limitada

 

por

 

dos

 

abscisas.

 

Para

 

calcular

 

el

 

área

 

entre

 

una

 

curva

 

y

=

f

( )

x

,

el

 

eje

 

X

y

 

dos

 

abscisas,

 

a

y

 

b

,

 

se

  

obtiene

 

el

 

valor

 

de

 

la

 

integral

 

( )

b a

dx

x

f

,

,

 

donde

 

los

 

límites

 

de

 

integración

 

están

 

representados

 

por

 

las

 

abscisas

 

dadas.

 

Que

 

a

 

su

 

vez

 

limitan

 

el

 

área

 

buscada.

 

Nota:

Se

 

debe

 

tomar

 

en

 

cuenta

 

las

 

observaciones

 

anteriores

 

para

 

los

 

cálculos

 

de

 

áreas.

   

 

c)

 

Área

de

 

una

 

región

entre

 

dos

 

curvas

f x g x

( )

, ( )

 

 

Si

 

f

 

y

 

g

 

son

 

continuas

 

en

 

[a,

 

b]

 

y

 

g(x)

 

  

f(x)

 

para

 

todo

 

x

 

en

  

[a,

 

b]

 

entonces

 

el

 

área

 

de

 

la

 

región

 

encerrada

 

por

 

las

 

gráficas

 

de

 

f

 

y

 

g

 

es

   

b

[

( )

( )]

a

(5)

LIC. MSC. DÁMASO ROJAS

Donde

 

los

 

limites

 

de

 

integración

 

son

 

los

 

valores

 

de

 

las

 

abscisas

 

en

 

los

 

puntos

 

de

 

corte

 

entre

 

las

 

curvas

 

dadas.

  

 

Los pasos a seguir son los siguientes:  

 

1)

 

Se

 

calculan

 

los

 

puntos

 

de

 

corte

 

de

 

ambas

 

curvas

 

resolviendo

 

la

 

ecuación

 

f

 

(x)

 

=

 

g

 

(x)

  

 

2)

 

Ordenamos

 

las

 

abscisas

 

de

 

los

 

puntos

 

de

 

corte

 

de

 

menor

 

a

 

mayor.

 

Por

 

ejemplo:

 

1 2 3

x

<

x

<

x

 

3)

 

Se

 

grafican

 

las

 

funciones

 

(se

 

recomienda

 

que

 

utilice

 

los

 

criterios

 

de

 

las

 

derivadas)

 

 

 

Nota: 

Para

 

el

 

intervalo

 

formado

 

por

[ ,

x x

1 2

]

 

se

 

cumple

 

que

 

f x

( )

g x

( )

para

 

toda

 

x,

 

entonces

 

al

 

área

 

de

  

la

  

región

 

limitada

  

arriba

 

por

 

ƒ

 

(x)

 

y

  

abajo

 

por

 

g

 

(x

 

),

 

es

  

( )

2 1

[

( )]

x x

f x

g x dx

 

Para

 

el

 

intervalo

 

formado

 

por

[ ,

x x

2 3

]

 

se

 

cumple

 

que

 

f x

( )

g x

( )

para

 

toda

 

x,

 

entonces

 

al

 

área

 

de

  

la

  

región

 

limitada

  

arriba

 

por

 

g

 

(x)

 

y

 

abajo

 

por

 

f(x),

 

es

  

( )

3 2

[

( )]

x x

g x

f x dx

 

3)

 

Se

 

calcula

 

el

 

valor

 

absoluto

 

de

 

la

 

integral

 

definida

 

de

 

la

 

función

 

diferente

 

en

 

cada

 

uno

 

de

 

los

 

tramos

 

obtenidos

 

y

 

se

 

suma

 

los

 

resultados.

 

Para

 

este

 

caso:

  

(

)

3

(

)

2 1 2

( )

( )

( )

( )

x x x x

A

=

f x

g x

dx

+

g x

f x

dx

 

 

d)

 

Área

de

 

una

 

región

entre

 

dos

 

curvas

f x g x

( )

, ( )

  

y

 

limitada

 

por

 

rectas

 

verticales

      

Si

 

f

 

y

 

g

 

son

 

continuas

 

en

 

[a,

 

b]

 

y

 

g(x)

 

  

f(x)

 

para

 

todo

 

x

 

en

  

[a,

 

b]

 

entonces

 

el

 

área

 

de

 

la

 

región

 

limitada

 

por

 

las

 

gráficas

 

de

 

f

 

y

 

g

 

y

 

las

 

rectas

 

verticales

  

x

 

=

 

a

 

y

 

x

 

=

 

b

 

es:

 

[

]

( )

( )

( )

( )

b b b a a a

A

=

f x dx

g x dx

=

f x

g x dx

 

(6)

b a

A

=

 

Defini

Si

 

ƒ

 

y

 

g

la

  

reg

derech

b a

A

=

 

RESUM

1)

 

Sea

determ

abscis

Cuand

gráfica

x

=

a

a)

 

D

( )

f x

=

a)

  

Se

 

Nota:

 

análisi

( )

[

(

b a

f x

g x

ción 

g

 

son

 

funcio

gión

 

limitada

ha

 

por

 

la

 

rec

( )

[

(

b a

f x

g x

MEN

 

DE

 

CAS

a

 

y

=

f x

( )

>

minar.

 

Nos

 

as

 

y

 

las

 

recta

do

 

el

 

valor

 

d

a

 

de

 

f

 

se

 

en

y x

=

b

 

se

 

d

Determine

 

2

6

1

x

x

=

+

analiza

 

la

 

fu

utilizaré

 

sof

is

 

están

 

pub

ESP

)]

x dx

 

 

nes

 

continu

a

  

arriba

 

por

 

cta

 

x

 

=

 

b

 

es:

 

)]

x dx

      

SOS

 

PARA

 

0

 

en

 

todo

 

e

interesa

 

el

 

as

 

verticales

de

 

una

 

func

ncuentra

 

por

determina

 

re

el

 

área

 

0;

x

=

1;

x

=

5

nción

 

según

ftware

 

mate

licados

 

en

 

la

ECIALIDADE LIC. MSC

as

 

y

 

si

 

ƒ

 

(

 

x

 

)

ƒ

 

(

 

x

 

),

 

abajo

ÁLCULO

 

DE

 

Á

el

 

intervalo

 

área

 

deter

s

 

x

=

a y x

=

 

ión

 

continua

r

 

encima

 

de

esolviendo

A

determina

5

y,

 

el

 

eje

 

de

n

 

criterios

 

de

emáticos

 

par

a

 

PARTE

 

II

 

de

ES: MECÁNIC C. DÁMASO RO

)

 

 

g

 

(

 

x

 

)

 

par

o

 

por

 

g

 

(

 

x

 

),

 

ÁREAS.

 

correspondi

rminada

 

ent

b

=

  

a

 

es

 

positivo

el

 

eje

 

x),

 

el

 

á

( )

b a

A

=

f x dx

ada

 

entre

 

e

 

abscisas.

 

e

 

las

 

derivad

ra

 

facilitar

 

lo

e

 

la

 

unidad

 

I

CA - QUÍMICA OJAS

ra

 

toda

 

x

 

de

 

a

 

la

 

izquierd

iente

 

al

 

reci

tre

 

la

 

curva

o

 

en

 

el

 

inte

área

 

que

 

est

dx

  

la

 

curva

as.

 

os

 

cálculos,

 

l

.

 

A

[a,

 

b],

 

enton

da

 

por

 

la

 

rec

nto

 

que

 

enc

a

 

menciona

ervalo

 

[ , ]

a b

 

 

acotada

 

p

a,

 

las

 

re

os

 

procedim

4

nces

 

al

 

área

 

cta

 

x

 

=

 

a

 

y

  

a

cierra

 

el

 

área

da,

 

el

 

eje

 

(o

 

sea

 

que

 

por

 

f,

 

el

 

eje

ectas

 

dada

mientos

  

de

 

l

450

 

de

  

 

la

 

a

 

a

 

de

 

la

 

 

x,

 

as,

  

los

 

(7)

Nota:

 

Interv

b)

 

se

 

g

 

c)

 

Se

 

c

5 1

A

=

b)

 

Det

( )

f x

=

a)

 

pun

la

 

expresión

valos

 

F(x)

 

 

 

1

 

 

 

grafican

 

las

 

f

calcula

 

el

 

ár

5 2

(

x

6

x

+

1

termine

 

el

 

ár

2

6

x

x

;

x

=

=

ntos

 

de

 

corte

n

 

#3

 

es

 

la

 

de

 

F´(x)

 

R

‐ 

 

+

 

funciones

 

y

 

l

ea

 

correspo

3

0)

3

x

dx

=

rea

 

determin

1;

x

5

=

=

 

y

 

e

e

 

de

 

una

 

cur

LIC. MSC

rivada

 

y

 

la

 

#

Resumen

 

Decrece

 

Mínimo

 

Crece

 

las

 

rectas

 

da

ndiente

 

reso

5 2 1

3

x

10

x

+

nada

 

entre

 

l

el

 

eje

 

de

 

abs

va

 

con

 

el

 

eje

C. DÁMASO RO

#5

  

adas.

 

olviendo

 

la

 

i

2

28

3

u

=

 

a

 

curva,

 

las

 

cisas.

 

e

 

X:

   

OJAS

 

ntegral

 

rectas

 

dadas

s

 

(8)

ESPECIALIDADES: MECÁNICA - QUÍMICA LIC. MSC. DÁMASO ROJAS

452

 

 

Los

 

puntos

 

de

 

corte

 

son:

 

0,0 ; 6,0

 

b)

  

Se

 

analiza

 

la

 

función

 

según

 

criterios

 

de

 

las

 

derivadas.

 

 

Nota: la

 

expresión

 

#5

 

es

 

la

 

derivada

 

y

 

la

 

#7

  

3 . .

 

Intervalos

 

F(x)

 

F´(x)

 

Resumen

 

∞,

 

 

+

 

Crece

 

 

9

 

 

Máximo

 

, ∞

 

 

‐ 

decrece

 

c)

 

se

 

grafican

 

las

 

funciones

 

y

 

las

 

rectas

 

dadas.

 

 

d)

 

Se

 

calcula

 

el

 

área

 

correspondiente

 

resolviendo

 

la

 

integral

 

5 3 5 2 2 2 1 1

92

(6

)

3

3

3

x

A

=

x

x dx

=

x

=

u

 

(9)

2)

 

Cua

gráfica

x

=

a

c)

 

D

( )

f x

=

a)

 

pun

Los

 

pu

b)

  

Se

 

Nota: 

Interv

ando

 

el

 

valor

a

 

de

 

f

 

se

 

en

y x

=

b

 

se

 

d

Determine

 

2

6

1;

x

x

=

ntos

 

de

 

corte

untos

 

de

 

cort

analiza

 

la

 

fu

la

 

expresión

valos

 

F(x)

 

 

 

10

 

 

 

r

 

de

 

una

 

fun

ncuentra

 

por

determina

 

re

el

 

área

 

;

x

=

1;

x

=

5

 

e

 

de

 

una

 

cur

te

 

son:

 

nción

 

según

n

 

#6

 

es

 

la

 

de

 

F´(x)

 

R

‐ 

 

+

 

LIC. MSC

ción

 

continu

r

 

debajo

 

de

esolviendo

 

A

encerrad

y

 

el

 

eje

 

x.

 

va

 

con

 

el

 

eje

n

 

criterios

 

de

rivada

 

y

 

la

 

#

Resumen

 

Decrece

 

Mínimo

 

Crece

 

C. DÁMASO RO

ua

 

f

 

es

 

negat

l

 

eje

 

x),

 

el

 

á

(

b a

A

= −

f x

a

 

entre

 

e

 

X:

   

 

e

 

las

 

derivad

#8

  

OJAS

tivo

 

en

 

el

 

int

área

 

que

 

est

)

dx

.

 

la

 

curva

as.

 

 

tervalo

 [ ,

a b

 

acotada

 

p

a,

 

las

 

re

]

 

(o

 

sea

 

que

por

 

f,

 

el

 

eje

ectas

 

dad

e

 

la

 

 

x,

 

das

 

(10)

c)

 

se

 

g

 

d)

 

Se

 

A

= −

3)

 

El

 

orden

las

 

cur

Para

 

v

región

grafican

 

las

 

f

calcula

 

el

 

ár

5 2 1

(

x

6

x

área

 

a

 

calc

ada

 

positiva

rvas.

  

visualizar

 

el

 

c

n

 

de

 

la

 

cual

 

q

ESP

unciones

 

y

 

l

rea

 

correspo

3

1)

3

x

dx

= −

cular

 

está

 

c

as

 

en

 

el

 

inte

cálculo,

 

se

 

h

queremos

 

ca

ECIALIDADE LIC. MSC

as

 

rectas

 

da

ondiente

 

reso

5 3 2 1

3

x

x

comprendida

rvalo

 

de

 

ext

 

ace

 

las

 

gráfi

alcular

 

el

 

áre

ES: MECÁNIC C. DÁMASO RO

das.

 

olviendo

 

la

 

i

2

104

3

u

=

 

a

 

entre

 

la

 

tremos

 

a

 

y

 

b

cas

 

de

 

cada

 

ea:

 

CA - QUÍMICA OJAS

ntegral

 

gráfica

 

de

 

b

 

determinad

una

 

de

 

las

 

f

A

( )

(

f x y g x

dos

 

por

 

la

 

in

funciones

 

qu

4

)

x

,

 

ambas

 

ntersección

 

ue

 

delimitan

 

454

 

de

 

de

 

n

 

la

 

(11)

LIC. MSC. DÁMASO ROJAS

         

1

[

( )

]

b a

A

=

f x dx

       

2

[

( )

]

b a

A

=

g x dx

 

( )

( )

1 2

[

]

[ ( )]

[

( )]

b b b a a a

A

=

A

A

=

f x dx

g x dx

⇒ =

A

f x

g x dx

 

Nota:

 

Conocidos

 

los

 

puntos

 

de

 

intersección

 

entre

 

las

 

dos

 

curvas

 

el

 

área

 

de

 

la

 

región

 

que

 

las

 

curvas

 

delimitan

 

es

 

la

 

diferencia

 

entre

 

la

 

función

 

que

 

actúa

 

como

 

"techo"

 

o

 

"función

 

superior"

 

de

 

la

 

región

 

y

 

la

 

función

 

que

 

hace

 

de

 

"piso"

 

o

 

"función

   

inferior"

 

del

 

área

 

buscada.

 

Si

 

a

 

y

 

b

 

son

 

las

 

abscisas

 

de

 

los

 

puntos

 

de

 

intersección

 

de

 

las

 

curvas

 

resulta

 

el

 

área

 

total:

  

[

(

)

(

)]

b a

A

=

función arriba

función abajo dx

 

d)

 

Determine

 

el

 

área

 

encerrada

 

entre

 

las

 

curvas

2 2

( )

6

10;

( )

6

f x

=

x

x

+

g x

=

x

x

  

a)

 

puntos

 

de

 

intercepción

 

entre

 

las

 

curvas.

 

Se

 

iguala

 

las

 

funciones.

 

2 2

( )

( )

6

10

6

1;

5

f x

=

g x

x

x

+

=

x

x

⇒ =

x

x

=

 

Estos

 

representan

 

los

 

límites

 

de

 

integración.

 

b)

 

Se

 

analizan

 

cada

 

una

 

de

 

las

 

curvas,

 

según

 

criterios

 

de

 

las

 

derivadas.

 

 

 

Intervalos

 

F(x)

 

F´(x)

 

Resumen

 

∞,

 

 

‐ 

Decrece

 

 

1

 

 

Mínimo

 

, ∞

 

 

+

 

Crece

 

(12)

ESPECIALIDADES: MECÁNICA - QUÍMICA LIC. MSC. DÁMASO ROJAS

456

 

 

Intervalos

 

g(x)

 

g´(x)

 

Resumen

 

∞,

 

 

+

 

Crece

 

 

9

 

 

Mínimo

 

, ∞

 

 

‐ 

Decrece

 

c)

 

se

 

grafican

 

las

 

funciones.

  

 

d)

 

Se

 

calcula

 

el

 

área

 

correspondiente

 

resolviendo

 

la

 

integral.

 

5 5 2 2 1 1 5 3 5 2 2 1 1

[ ( )

( )]

(6

) (

6

10)

2

64

2

12

10)

6

10

. . .

3

3

A

g x

f x dx

x

x

x

x

dx

x

A

x

x

dx

A

x

x

T F C

A

=

+

=

+

⇒ =

+

⇒ =

4)

 

El

 

área

 

a

 

calcular

 

está

 

comprendida

 

entre

 

f x y g x

( )

( )

 

en

 

intervalos

 

de

 

extremos

 

determinados

 

por

 

la

 

intersección

 

de

 

las

 

curvas.

  

Se

 

determina

  

los

 

puntos

 

de

 

intersección

 

de

 

las

 

dos

 

funciones

 

f

 

y

 

g.

 

Esos

 

puntos

 

son

 

a,

 

b,

 

c

 

y

 

nos

 

determinan

 

una

 

subdivisión

 

del

 

intervalo

 

total

 

en

 

dos

 

subintervalos

 

[ , ]

a b

  

y

[ , ]

b c

 

.

 

(13)

LIC. MSC. DÁMASO ROJAS

Si

 

obtenemos

 

la

 

integral

 

definida

 

sobre

 

todo

 

el

 

intervalo

 

de

 

la

 

diferencia

 

de

 

las

 

funciones

 

f

 

y

 

g

 

resulta:

 

( )

( )

( )

[

( )]

[

( )]

[

( )]

c b c a a b

I

=

f x

g x dx

=

f x

g x dx

+

f x

g x dx

,

  

I

 

es

 

una

 

integral

 

definida,

 

pero

 

no

 

representa

 

un

 

área

 

pues

 

si,

b

[

( )

( )]

0

a

f x

g x dx

>

,

y

( )

[

( )]

0

c b

f x

g x dx

<

,

 

obtendremos

 

el

 

área

 

si

 

hacemos

:

( )

( )

( )

( )

( )

( )

[

( )]

[

( )]

[

( )]

[

( )]

[

( )]

[

( )]

=

=

=

=

+

c b c a a b c b c a a b

A

f x

g x dx

f x

g x dx

f x

g x dx

A

f x

g x dx

f x

g x dx

g x

f x dx

 

 

e)

 

Determine

 

el

 

área

 

encerrada

 

entre

 

las

 

curva

3 2

( )

2 ;

f x

=

x

+

x

x

 

3 2

( )

2

g x

= − +

x

x

x

.

a)

 

puntos

 

de

 

intercepción

 

entre

 

las

 

curvas.

 

Se

 

iguala

 

las

 

funciones.

 

3 2 3 2 9 1 1 2 8 2 3

1

( )

( )

2

2

;

0;

1

2

:

( , );

(1, 0);

(0,1)

f x

g x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

puntos de cortes p

=

p

p

=

+

= − +

− ⇒ =

=

=

 

Los

 

valores

 

de

 

la

 

variable

 

x,

 

representan

 

los

 

límites

 

de

 

integración.

 

b)

 

Se

 

analizan

 

cada

 

una

 

de

 

las

 

curvas,

 

según

 

criterios

 

de

 

las

 

derivadas.

 

(14)

ESPECIALIDADES: MECÁNICA - QUÍMICA LIC. MSC. DÁMASO ROJAS

458

 

 

 

Intervalos

 

F(x)

 

F´(x)

 

F¨(x)

 

Resumen

 

∞,

.

 

 

+

 

 

Crece,

 

cóncava

 

hacia

 

abajo

 

.

 

2.112

 

 

 

Máximo

 

.

,

.

 

 

‐ 

 

Decrece,

 

cóncava

 

hacia

 

abajo

 

.

0.740

 

 

 

Punto

 

de

 

inflexión

 

.

, .

 

‐ 

 

Decrece,

 

cóncava

 

hacia

 

arriba

 

.

0.631

 

 

 

Mínimo

 

.

, ∞

 

+

 

 

Crece,

 

cóncava

 

hacia

 

arriba

 

(15)

LIC. MSC. DÁMASO ROJAS

 

Intervalos

 

F(x)

 

F´(x)

 

F¨(x)

 

Resumen

 

∞, .

 

 

‐ 

+

 

Decrece,

 

cóncava

 

hacia

 

arriba

 

.

 

0.148

 

 

 

Mínimo

 

.

, .

 

 

+

 

+

 

Crece,

 

cóncava

 

hacia

 

arriba

 

.

0.074

 

 

 

Punto

 

de

 

inflexión

 

.

,

 

+

 

‐ 

Crece,

 

cóncava

 

hacia

 

abajo

 

0

 

 

 

Máximo

 

, ∞

 

‐ 

‐ 

Decrece,

 

cóncava

 

hacia

 

abajo

 

 

c)

 

se

 

grafican

 

las

 

funciones.

  

 

d)

 

Se

 

calcula

 

el

 

área

 

correspondiente

 

resolviendo

 

la

 

integral.

 

1 1 2 2 0 0 3 2 3 2 1 1 1 1 1 3 2 3 2 2 0 2 0 2

5

[ ( )

( )]

[(

2 ) (

2

)]

96

1

[( )

( )]

[(

2

) (

2 )]

3

37

.

96

T

A

f x

g x dx

A

x

x

x

x

x

x dx

A

A

x

f x dx

A

x

x

x

x

x

x dx

A

A

unidades cuadradas

= =

=

=

+

− − +

=

=

=

− +

− −

+

=

=

 

5)

 

Para

 

calcular

 

el

 

área

 

de

 

la

 

región

  

limitada

  

por

 

las

 

gráficas

 

de

f y

( )

g y

( )

  

y

 

las

  

rectas

  

horizontales

 

y

=

c

 

y

 

y

=

d

se

 

resuelve

 

la

 

integral

 

=

d

[

( )

( )

]

c

(16)

ESPECIALIDADES: MECÁNICA - QUÍMICA LIC. MSC. DÁMASO ROJAS

460

 

teniendo

 

en

 

cuenta

 

que

 

f y

( )

g y

( )

,

 

son

 

continuas

 

en

 

[ , ]

c d

 

y

 

que

 

además

( )

( )

f y

g y

;

 

(esto

 

quiere

 

decir

 

que

 

se

 

debe

 

restar

 

la

 

función

 

que

 

está

 

a

 

la

 

derecha

 

menos

 

la

 

función

 

que

 

esta

 

a

 

la

 

izquierda),

 

para

 

todo

 

y

 

del

 

intervalo

 

de

 

trabajo.

 

 

f)

 

Determine

 

el

 

área

 

limitada

 

por

 

las

 

curvas:

 

2

2 ;

4

=

= −

y

x y

x

2 2 2 1 2

:

2 ;

4

(

4)

2

10

16

0

8

2

(8, 4);

(2, 2)

=

= − ⇒ −

=

+

= ⇒ = ∨ =

Cortes entre las curvas

y

x y

x

x

x

x

x

x

x

P

P

Análisis

 

de

 

la

 

función:

 

[

)

2

2

2

0,

=

⇒ = ±

y

x

y

x

Dom

 

 

Intervalos

 

y

 

 

Y´´

 

Resumen

 

 

0

 

 

 

Mínimo

 

(17)

LIC. MSC. DÁMASO ROJAS

 

Intervalos

 

y

 

 

Y´´

 

Resumen

 

 

0

 

 

 

Mínimo

 

, ∞

 

 

‐ 

+

 

Decrece,

 

cóncava

 

hacia

 

arriba

 

 

Se

 

puede

 

determinar

 

el

 

área

 

de

 

dos

 

maneras,

 

integrando

 

con

 

respecto

 

a

 

y

 

o

 

integrando

  

con

 

respecto

 

a

 

x:

 

( )

(

)

2 4 2 2 2 8 2 0 2

:

(

4)

18

2

:

2

2

2

4

18

=

+ −

⇒ =

=

+

− +

⇒ =

Área con respecto a y

y

A

y

dy

A

u

Área con respecto a x

A

xdx

x

x

dx

A

u

(18)

ESPECIALIDADES: MECÁNICA - QUÍMICA LIC. MSC. DÁMASO ROJAS

462

 

continuación 

se 

resolverá 

una 

gama 

de 

ejercicios 

de 

diferentes 

modelos, 

algunos 

procedimientos 

serán 

obviados, 

los 

cuales 

pueden 

consultar 

en 

los 

archivos 

ya 

publicados, 

además 

se 

utilizarán  

software  

para realizar 

las 

gráficas 

de 

las respectivas 

funciones. 

1)

 

Calcula

 

el

 

área

 

del

 

recinto

 

limitado

 

por

   

la

 

curva

2

1

y

=

x

,

 

el

 

eje

 

OX

,

y

 

2

2

x

= −

y x

=

 

a)

 

puntos

 

de

 

corte

 

de

 

una

 

curva

 

con

 

el

 

eje

 

X:

  

2 2

1 0

1

1;

1.

x

− = ⇒

x

= ⇒ = −

x

x

=

 

b)

  

Se

 

analiza

 

la

 

función

 

según

 

criterio

 

de

 

las

 

derivadas.

 

 

 

Intervalos

 

F(x)

 

F´(x)

 

Resumen

 

∞,

 

 

‐ 

Decrece

 

 

1

 

 

Mínimo

 

, ∞

 

 

+

 

Crece

 

 

c)

 

se

 

gráfica

 

las

 

funciones

 

y

 

las

 

recta

 

dada:

 

 

 

d)

 

Se

 

calcula

 

el

 

área

 

correspondiente.

 

(19)

LIC. MSC. DÁMASO ROJAS

(

)

(

)

(

)

1 1 2 1 1 2 3 3 3 2 2 2 2 1 1 2 1 1 2

1

1

1

3

3

3

1

8

1

1

8

1

1

2

1

1

2

1

3

3

3

3

3

3

4

4

4

4 4

4

4

3

3

3

3 3

3

x

x

x

A

x

dx

x

dx

x

dx

x

x

x

A

A

u

− − − − − −

⎤ ⎡

⎤ ⎡

=

⎥ ⎢

+

⎥ ⎢

+

=

+

+

− ⇒

⎦ ⎣

⎦ ⎣

⎞ ⎛

⎞ ⎛

⎞ ⎛

⎞ ⎛

⎞ ⎛

= − + − − + + − − − − + + − − − − − ⇒

⎟ ⎜

⎟ ⎜

⎟ ⎜

⎟ ⎜

⎟ ⎜

⎠ ⎝

⎠ ⎝

⎠ ⎝

⎠ ⎝

⎠ ⎝

= + − + = + + =

 

 

=

2

2) Calcular el área de la figura limitada por la parábola  

4

  y el eje de las

abscisas.

y

x x

 

 

0

0,0

4

4,0

 

 

 

 

Intervalos

 

F(x)

 

F´(x)

 

Resumen

 

∞,

 

 

+

 

Crece

 

 

4

 

 

Máximo

 

, ∞

 

 

‐ 

Decrece

 

 

 

 

 

(

)

2

Intersecciones con el eje de las abscisas: 4

0

4

0

0;

4

x

x

x

x

x

x

=

Referencias

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