Antiderivadas
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Antiderivadas
Prof., Enrique Mateus Nieves PhD in Advanced Mathematics. Antiderivadas En el proceso de derivación, dada una función y F x , el operador dy me indica que se va a dx calcular una función f x que es la derivada de la función F x . Siendo así F conocida, la función f x es equivalente a dF dx dy F x f x . dx Ahora supongamos que conocemos f x que es la derivada de alguna función y F x que no conocemos. Determinar esa función F x es conocido como buscar una primitiva de la función f x . En términos generales: Antiderivar es buscar una función F x tal que F x f x , para ello usamos el símbolo que va a juagar el papel de operador y que reemplaza la frase “vamos a buscar una antiderivada de….” De la siguiente manera: f x dx que leeremos. “la integral indefinida de la función efe de equis de equis” Si F x f x , al ser C una constante, como ( F x C ) f x f x dx F x C va a ser la antiderivada más general. De la misma forma f x dx , f t dt, f u du darán funciones F x , F t , F u respectivamente, de ahí que f se pueda escribir conociendo respecto de qué variable se va a antiderivar. Existen unas antiderivadas que son de carácter inmediato, son ellas: a dx x a1 C , con C -1 1. 3. sen x dx cos x C 5. sec 2 7. sec x tan x dx sec x C 9. 11 . x x dx tan x C 1 dx sen 1- x x 2 -1 dx sec 1 1 1 dx x x 1 dx ln x 4. cos x dx sen x C 6. csc 2 8. csc x cotan x C 10 . 1 x 2 x C 12 . a 2 1 x a 1 2. 1 x C x dx Co tan x C x dx csc dx tan dx x a ln a 1 C x C x C Prof., Enrique Mateus Nieves PhD in Advanced Mathematics. Tabla 1. Antiderivadas inmediatas Propiedades: f x k f x k f x g x k f x dx f x g x f x dx y k f x g x dx f x dx g x dx Ejemplos 1. 2x 2. 1 2 2 x 1 dx x 3 3 3x 1 e x 1 2 x x C 2 2 cos x dx 4 1 ln x 3 1 e x 2 sen x C 4 Usando como ejemplo la Tabla 1 (antiderivadas inmediatas), hay algunas funciones compuestas cuya integral se vuelve inmediata observando que la derivada interna es constante. Un ejemplo es: 1. cos 2x dx 1 2x sen C veamos ¿por qué? La derivada interna de sen 2x es 2 y este 2 número estaría afectando la función cuando, por la definición de antiderivada, me devuelvo derivando sen 2x para comprobar que esta derivada sea el 1 sen 2 2. 3. 1 x 1 6. 1 2 cos 2x cos 2x 2 dx ln x 1 C 1 3x 1 4. e 4x dx 5. 2x integrando. De ahí que, 1 dx ln 3x 1 C 3 1 4x C 4 1 1 3x e dx 2 4x 7 dx 1 1- 2 3 1 4 x 3x 7 dx 2 2 3 1 sen -1 3 x C 3 C 4 Luego aprenderemos un método de integración que permite hacer estas integrales, vale la pena identificar que son formas inmediatas dividendo por la derivada interna. Prof., Enrique Mateus Nieves PhD in Advanced Mathematics. Teorema fundamental del cálculo. (TFC) Parte I. Sea f x una función real, continua en un intervalo cerrado a , b definiendo x G x f t G x f x . Se ilustra a continuación cuando f es una función continua en a a , b el significado de Ax y de A x h con h 0 xh Ax h Ax Ax h Ax f t dt 1 h x xh f t dt h 1 x h f c Teorema del valor medio h Ax h Ax c x, x h f c , h f x f c f x h lim h 0 De donde el lim h 0 Ax h Ax f c f x A x f x , como se acaba de establecer que A x es una h antiderivada de f x x La demostración seria la misma utilizando G x f t dt sin asociar la función G x con el área a entre a y x que fue lo que denominamos como A x . También sería igual si se toma h 0 , caso en el que el cociente seria Ax - Ax h Ax h Ax h y la desigualdad queda h f x h f c f x y se toma lim h 0 f c f x Ejemplos: 1. d dx x 1 1 t 3 dt 1 x 3 2. d dx t 2 e -x 2 dx e t 1 2 t Prof., Enrique Mateus Nieves PhD in Advanced Mathematics. Como consecuencia del teorema fundamental y de la derivación de funciones compuestas (en cadena), ahora para la segunda parte del TFC tenemos que, si F x es también una antiderivada de f x G x F x K (Dos antiderivadas que difieren en una constante) G b F b K y G a F a K G b F b G a F a 0 (Restando las dos ecuaciones) G b G a F b F a De ahí que: b a f x dx a a f x dx F b F a (Como a f x dx 0 ) entonces, a b f x dx F b F a a Teorema Fundamental del cálculo (parte II) Sea f continua en el intervalo cerrado a , b y F una antiderivada de f en a , b , la b f x dx F b F a a Ejemplos resueltos ¿Qué se derivó para que la derivada sea f x 4 ? Por el método de Ensayo y Error se puede ver que la función que se derivó puede ser: F 1 x 4 x . Pero también las funciones F2 x 4 x 3 o también F3 x 4 x 2 , o F4 x 4 x 8 hay tantas opciones como números reales existen. Podemos generalizar esto escribiendo F x 4 x C Es decir que la función cuya derivada es 4 es una familia de funciones en este caso lineales cuyos miembros todos tienen pendiente m 4 pero diferentes intersecciones con el eje y como vemos en la gráfica 1 para los diferentes valores de la constante C. C =0 C=5 C=-2 C=12 C=15 C=8 Prof., Enrique Mateus Nieves PhD in Advanced Mathematics. Calcular las siguientes antiderivadas 1. 6. 5 x 1 x 9 dx x 2. dx 7. -7 1 2 x dx 3. dx 8. 3 x - 7x 2 5 dx dx x 4. 9. 17 5 8 7 3 dx 5. x dx 6 x - 12 dx 10 . 5 2x dx Respuestas: 1. 1 x 6 C 6 2. - 1 x 6 C 3. 6 2 5 x 2 C 4. - 3 4 x 3 C 4 5 7. - 17 15 x 17 C 10 10 . 15 11 x 5 C 11 Bibliografía. Hazewinkel, Michiel, ed. (2001), «Indefinite integral» (en inglés), Encyclopaedia of Mathematics, Springer, ISBN 978-1556080104 Weisstein, Eric W. «Indefinite Integral». En Weisstein, Eric W. MathWorld (en inglés). Wolfram Research.