Matemáticas IIFácil2 pts

Integrales

Extremadura · 2023 · Junio
Enunciado
Hallar el área encerrada por la gráfica de la función f(x)=x3−4xf(x) = x^3 - 4x y el eje de abscisas.
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Resultado
  A=∫−20(x3−4x) dx−∫02(x3−4x) dx=4+4=8 u2  \boxed{\;A = \int_{-2}^{0} (x^3 - 4x)\,dx - \int_{0}^{2} (x^3 - 4x)\,dx = 4 + 4 = 8\ \text{u}^2\;}
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Estrategia

Primero, los puntos de corte con el eje OXOX, que delimitan el recinto. Después, el signo de ff entre ellos: donde ff es negativa, la integral sale negativa y hay que tomar su valor absoluto, así que la integral se parte en cada corte y se aplica la regla de Barrow en cada tramo.
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Desarrollo

Cortes con el eje OXOX.x3−4x=0  ⟺  x(x2−4)=0  ⟺  x(x−2)(x+2)=0  ⟺  x=−2, x=0, x=2x^3 - 4x = 0 \iff x(x^2 - 4) = 0 \iff x(x - 2)(x + 2) = 0 \iff x = -2,\ x = 0,\ x = 2El recinto está entre x=−2x = -2 y x=2x = 2, y se compone de dos trozos.

Signo de ff. f(−1)=−1+4=3>0f(-1) = -1 + 4 = 3 > 0, así que f>0f > 0 en (−2,0)(-2, 0); f(1)=1−4=−3<0f(1) = 1 - 4 = -3 < 0, así que f<0f < 0 en (0,2)(0, 2). El primer trozo queda por encima del eje y el segundo por debajo.

Primitiva.F(x)=∫(x3−4x) dx=x44−2x2F(x) = \int (x^3 - 4x)\,dx = \frac{x^4}{4} - 2x^2Integrales en cada tramo (regla de Barrow):∫−20(x3−4x) dx=F(0)−F(−2)=0−(4−8)=4\int_{-2}^{0} (x^3 - 4x)\,dx = F(0) - F(-2) = 0 - (4 - 8) = 4∫02(x3−4x) dx=F(2)−F(0)=(4−8)−0=−4\int_{0}^{2} (x^3 - 4x)\,dx = F(2) - F(0) = (4 - 8) - 0 = -4Área. Sumamos los valores absolutos:A=∣∫−20f(x) dx∣+∣∫02f(x) dx∣=4+∣−4∣=8 u2A = \left|\int_{-2}^{0} f(x)\,dx\right| + \left|\int_{0}^{2} f(x)\,dx\right| = 4 + |-4| = 8\ \text{u}^2Comprobación. ff es impar (f(−x)=−f(x)f(-x) = -f(x)), así que su gráfica es simétrica respecto del origen y los dos recintos son iguales: A=2⋅4=8A = 2\cdot 4 = 8. Fíjate en que ∫−22f(x) dx=4−4=0\int_{-2}^{2} f(x)\,dx = 4 - 4 = 0: sin partir la integral, el área saldría nula.
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Consejo

Integrar de −2-2 a 22 de una vez da 00, que no puede ser un área. La regla es siempre la misma: cortes con el eje, signo en cada tramo y una integral por tramo en valor absoluto.

Un esbozo rápido de la cúbica (o ver que es impar) te avisa de que hay un trozo por encima y otro por debajo del eje antes de integrar.
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