Integral por partes polinomio por seno

Nos piden que resolvamos la integral indefinida $\displaystyle \int x\cdot \sin^2(x)\, dx$. Como se puede observar el integrando es una función que es producto de una función polinómica por otra trigonométrica. Hasta ahí bien, sin embargo, no hemos caído en la cuenta de que la función trigonométrica está elevada al cuadrado. Si nos disponemos a realizarla por partes, llamamos $u=x$, por tanto, $du=dx$ y $dv=\sin^2(x)\, dx$. Aquí, ya tenemos el primer problema al calcular $v$. ¿Cómo calculamos $v$? Pues, como he dicho en alguna otra entrada, siempre es preferible saber un poco más sobre las propiedades de las funciones trigonométricas.  Por ello, es importante saber que:

$\displaystyle \cos^2(x)=\dfrac{1+\cos(2x)}{2}\ \ \ ;\ \ \ \sin^2(x)=\dfrac{1-\cos(2x)}{2}$ 

Si utilizamos estas igualdades para calcular $v$, la integral indefinida se vuelve tediosa y más complicada de la que teníamos. Por ello, podemos aprovechar estas igualdades para sustituir en el integrando inicial. Así, la integral indefinida que tenemos que calcular se convierte en:

$\displaystyle \int x\sin^2(x)\, dx=\int x\left (\dfrac{1-\cos(2x)}{2}\right )\, dx=\dfrac 1 2\int x\, dx-\dfrac 1 2\int x\cos(2x)\, dx=\dfrac{\ x^2}{4}-\dfrac 1 2\overbrace{\int x\cos(2x)\, dx}^{I}$       (*)

Calculemos la expresión de $I$. En este caso, ya sí es producto de una función polinómica por una función trigonométrica deseada. Así, llamamos $u=x$, entonces $du=dx$ y $dv=\cos(2x)$, entonces, $v=\displaystyle \int \cos(2x)\, dx=\dfrac 1 2\sin(2x)$. De donde:

$\displaystyle I=\dfrac x 2\cdot \sin(2x)-\dfrac 1 2\int \sin(2x), dx=\dfrac x 2\cdot \sin(2x)+\dfrac 1 4 \cos(2x)+C$

siendo $C\in \mathbb R$ la constante de integración.  Sustituyendo la expresión de $I$ en (*) se tiene que:

$\displaystyle \int x\cdot \sin^2(x)\, dx=\dfrac{\ x^2}{4}-\dfrac 1 2 \cdot \left (\dfrac x 2\sin(2x)+\dfrac 1 4 \cos(2x)+C\right )=\dfrac{\ x^2}{4}-\dfrac x 4\sin(2x)-\dfrac 1 8 \cos(2x)+K$

donde $K=\dfrac C 2\in \mathbb R$ es la constante de integración.

Gmail y LaTeX una gran asociación

Pues sí, Gmail y LaTeX ya están asociados. Para mí ha sido una gran sorpresa y un gran conocimiento gracias a Manuel Maldonado que me lo comentó en un email. 

¿Y cómo puedo ver las fórmulas escritas en LaTeX? Pues primero y primordial, tener una cuenta de Gmail. Si no la tienes y quieres aprovecharte de este potencial, no dudes en hacerte una. 

Una vez que la tengas, pásate por aquí para ver qué tienes que hacer. 

Cualquier duda, mándame un email y lo explico gustosamente.

Función $\Gamma$ y $B$ de Euler

Nos piden que resolvamos las integrales $\displaystyle \int _0^1 x^3(1-x)^2\, dx$ y $\displaystyle \int _0^{\frac{\pi}{2}}\sqrt{\tan(x)}\, dx$ usando la función $\Gamma$ y $B$ de Euler. 

En primer lugar daré las definiciones y propiedades de cada una de ellas para poder resolver las anteriores integrales.

Matemáticas II. Andalucía. Curso 2010-2011. Opción A. Ejercicio 2.

Ejercicio 2. [2.5 puntos] Determina la función $f:(0,+\infty)\to \mathbb R$ tal que $f''(x)=\dfrac 1 x$ y su gráfica tiene tangente horizontal en el punto $P(1,1)$.

Ecuaciones irracionales

Una ecuación se dice que irracional cuando la incógnita $x$ se encuentra bajo un signo radical. por ejemplo, $\sqrt x-x=0$ o $\sqrt[3]{2x-1}-\sqrt x=x$. 

Supongamos que solo tenemos un radical de índice dos. Luego generalizaremos para el resto de radicales.

Para este tipo de ecuaciones debemos seguir los siguientes pasos. Para ello, iremos realizando un ejemplo para que se entienda poco a poco. 

Unicoos

Quiero agradecer también a otro profesor, David,  que está haciendo un trabajo envidiable y no tiene precio. Mis AGRADECIMIENTOS y FELICITACIONES  y desde aquí te digo que lo que necesites, estoy a tu disposición. Además es el creador de la página Unicoos, del grupo de Facebook(donde ayudo, en la medida de lo posible, resolviendo dudas) y del canal de Youtube. Además podéis seguir por Twitter. Creo que todos los enlaces deberíais tenerlos en favoritos. 

Sigue así y por favor no cambies. Un abrazo y gracias por todo.


Agradecimientos a D. Vicente González Valle

Antes de nada me gustaría pedir disculpas a todas las personas que estén siguiendo este blog por haber estado tanto tiempo sin escribir. El problema ha sido que empecé a trabajar en un centro nuevo y entre que me he adaptado, la carretera y la familia, apenas tengo tiempo para escribir todo lo que redacto a mano. Espero que poco a poco pueda empezar a publicar entradas de temas interesantes, ejercicios resueltos o teoría y poder ponerme al día.

Además de mis disculpas, me gustaría dar las gracias desde aquí a D. Vicente González Valle, profesor de IES que ha dedicado mucho tiempo, de forma altruista, en redactar un libro de ejercicios resueltos de PAEG de la Comunidad Autónoma de Extremadura de Matemáticas II. Además si visitáis su página, aparecen muchos recursos que no tienen desperdicio y que, desde aquí, os invito a que le echéis un vistazo.

El libro se encuentra aquí y la página principal se encuentra entre mis enlaces principales. 

Un saludo

Fórmulas identidades trigonométricas. Aplicaciones.

Aprovecho esta entrada para enumerar las distintas propiedades que tienen las razones trigonométricas y las usaré para demostrar algunas identidades trigonométricas.

Las más básicas que hay que saber son $\tan x=\dfrac{\sin x}{\cos x}$, la identidad fundamental de la trigonometría $\sin^2 x+\cos ^2x=1$, y de que  ésta, se obtiene: $1+\tan^2x=\dfrac{1}{\cos^2x}$. Cualquier duda sobre los conceptos básicos de la trigonométria podéis consultarlos los apuntes de trigonometría de 1ºBachillerato de Ciencias que se encuentran en MaTeX. Son buenísimos. En caso de que surgan dudas, por favor escribir aquí.

Ecuaciones logarítmicas

Una ecuación logarítmica es una ecuación en el que la incógnita queda afectada por un logaritmo.  

Por ejemplo, $\log(x)-3=2$ o $\log_2(x^2-3)=2+\log_2(x-1)$ son ecuaciones  logarítmicas porque la incógnita está dentro del logaritmo. Sin embargo, $x-x^3-\log(6)=0$ no es una ecuación logarítmica porque la incógnita $x$ no se encuentra dentro del logaritmo.

Integración por reducción

Nos piden que probemos para todo $n\in \mathbb N$:

 $\displaystyle \int(a^2-x^2)^n\ dx=\dfrac{x(a^2-x^2)^n}{2n+1}+\dfrac{2na^2}{2n+1}\int(a^2-x^2)^{n-1}\ dx$

Logaritmos


A lo largo de esta entrada definiremos lo que es un logaritmo y sus propiedades.

Definición. Sea $a>0$ con $a\neq 1$, $P>0$, se define el logaritmo en base $a$ de $P$, se denota por $\log_a(P)$, como el exponente al que hay que elevar la base $a$ para que la potencia obtenida nos dé $P$. Matemáticamente podemos escribirlo:

$\log_a(P)=b\Leftrightarrow a^b=P$        (1)

Fracciones algebraicas

A continuación resolveré algunos ejercicios sobre fracciones algebraicas.

Ejercicio 1. Obtén la fracción irreducible en cada uno de los casos:

a) $\dfrac{5x^2-15x}{10x^3+15x^2}$

b) $\dfrac{2x-4}{x^2-4x+4}$

c) $\dfrac{6-x-x^2}{x^2+2x-8}$

d) $\dfrac{x^3-x^2-8x+12}{x^3-6x^2+2x+12}$

Teorema del resto

El teorema del resto dice:

Teorema. Dado $P(x)$ un polinomio y $a\in \mathbb R$. El resto de dividir $P(x)$ entre $x-a$ es $P(a)$. 

Otra variante: el resto de dividir $P(x)$ entre $x+a$ es $P(-a)$.

Un claro ejemplo de aplicación de este teorema puede ser el siguiente:

Halla el valor de $k$ para que el polinomio $P(x)=kx^3+3(k-2)x^2-5kx+8$ sea divisible por $x+2$.

La información que nos da el ejemplo es que $P(x)$ es divisible por $x+2$. Esto quiere decir que el resto de la división es $0$. 

Por otro lado, usando el teorema del resto, se tiene que el resto de la división es $P(-2)$.

Como los dos restos son los mismos, se tiene que $P(-2)=0$. Calculemos $P(-2)$:

$P(-2)=k (-2)^3+3(k-2)(-2)^2-5k(-2)+8=-8k+12(k-2)+10k+8=14k-16$

Si resolvemos $P(-2)=0$ entonces $14k-16=0$, de donde, $k=\dfrac{16}{14}=\dfrac 8 7$.

Derivadas de funciones inversas

La razón de escribir esta entrada fue cuando un seguidor de Unicoos en Facebook preguntaba cómo calcular la derivada de la función $y=\arcsin(x)$ usando el teorema de la función inversa.

Integral definida con raíces cuadradas

Calcular $\displaystyle \int_1^4\dfrac{\sqrt x+e^{\sqrt x}}{\sqrt x}\  dx$ .    (1)

Problema 2. Geometría analítica

En un triángulo isósceles, el lado desigual está sobre los puntos $A(2, 2)$ y $B(5, 3)$. Calcula el tercer vértice sabiendo que se encuentra sobre la recta $x -y+ 1 = 0$.

Solución:
Si llamamos $ABC$ al triángulo isósceles de lado desigual $\overline{AB}$, debemos saber que en un triángulo isósceles la mediatriz del lado desigual pasa por el vértice $C$. Además el problema nos dice que se encuentra sobre la recta de ecuación $x-y+1=0$, entonces el vértice $C$ será la intersección de esta recta con la mediatriz del segmento $\overline{AB}$. 

Recordamos que la mediatriz del segmento $\overline{AB}$ es una recta perpendicular a la recta que une los puntos $A$ y $B$ y pasa por el punto medio de esos dos vértices. 

Así el punto medio de $A$ y $B$ es $M=\left (\dfrac{2+5}{2},\dfrac{2+3}{2}\right )=\left (\dfrac 7 2,\dfrac 5 2\right )$. Por otro lado, si $m$(siempre que no sea una recta horizontal) es la pendiente de la recta que pasa por $A$ y $B$, entonces la pendiente de la recta perpendicular es $m'=-\dfrac 1 m$. Además sabemos que:

$m=\dfrac{3-2}{5-2}=\dfrac{1}{3}$

Por tanto, la mediatriz tiene como pendiente $m'=-3$. La ecuación en forma punto$-$pendiente de la recta que pasa por un punto $(x_0,y_0)$ y tiene como pendiente $m$, viene dada por: $y-y_0=m(x-x_0)$ o equivalentemente, $y=m(x-x_0)+y_0$. Particularizando para nuestro caso,

$y=-3\cdot \left (x-\dfrac 7 2\right )+\dfrac 5 2$

Si operamos: $y=-3x+13$ es la ecuación de la mediatriz del lado $AB$. Finalmente, como hemos comentado al principio, el vértice $C$ es la solución del sistema:

$\left \{\begin{array}{rcr} 3x+y&=&13\\[0.2cm] x-y&=&-1\\ \end{array}\right .$

La solución de este sistema de ecuaciones es $x=3$ e $y=4$. Concluimos que el vértice buscado es $C(3,4)$.

Recta que pasa por un punto y forma un ángulo con otra

Encuentre la ecuación de la recta que pasa por el punto medio del segmento $AB$ de coordenadas $A(2,3)$ y $B(3, 5)$ y forma un ángulo de $\alpha =45º$ con la recta $2x + y = 6$.

La solución aquí

Ecuación matricial(2ºBachillerato)

Sean $A$ y $B$ matrices cuadradas y regulares(tienen inversa), resuelve:

$XB(A+A^2)-(XB-B^2)\cdot A-B^2A=A$

Problema 3. Geometría analítica

Dados los puntos $A(1, 3)$ y $B(4, 1)$ , halla un punto $C$ de forma que $ABC$ sea un triángulo equilátero.

Problema 1. Geometría analítica

Halla los vértices del triángulo formado al cortarse las tres rectas siguientes: $x + 2y − 4 = 0$, $x − 2y = 0$,  $x + y = 0$. Calcula la ecuación de la circunferencia circunscrita.