Matemáticas IIFácil2,5 pts

Integrales

También trata: Límites y continuidad
Castilla y León · 2026 · Junio
Enunciado
a) (1,25 puntos) Calcular ∫01x3−5x dx\displaystyle\int_0^1 \frac{x^3 - 5}{\sqrt{x}}\,dx.

b) (1,25 puntos) Probar que la función f(x)=2−exf(x) = 2 - e^x posee una sola raíz real, encontrando un intervalo que la contenga.
Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido
Resultado
a) ∫01x3−5x dx=−687≈−9,714\boxed{\text{a)}\ \int_0^1 \frac{x^3 - 5}{\sqrt{x}}\,dx = -\frac{68}{7} \approx -9{,}714}b) Una sola raıˊz, en (0,1) (es x=ln⁡2≈0,693)\boxed{\text{b)}\ \text{Una sola raíz, en } (0, 1) \text{ (es } x = \ln 2 \approx 0{,}693\text{)}}
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
1

Estrategia

En a) separamos la fracción en dos sumandos y escribimos la raíz como potencia, x=x1/2\sqrt{x} = x^{1/2}: quedan dos potencias de xx que se integran de forma inmediata, y terminamos con la regla de Barrow.

En b) hay que probar dos cosas distintas: que existe una raíz (teorema de Bolzano en un intervalo donde ff cambia de signo) y que es única (la derivada no se anula y ff es estrictamente monótona, así que no puede cortar dos veces al eje).
2

Desarrollo

a) Dividimos cada término del numerador entre x1/2x^{1/2}:x3−5x=x3x1/2−5x1/2=x5/2−5x−1/2\frac{x^3 - 5}{\sqrt{x}} = \frac{x^3}{x^{1/2}} - \frac{5}{x^{1/2}} = x^{5/2} - 5x^{-1/2}Una primitiva, con ∫xn dx=xn+1n+1\int x^n\,dx = \frac{x^{n+1}}{n+1}:F(x)=x7/27/2−5 x1/21/2=27x7/2−10xF(x) = \frac{x^{7/2}}{7/2} - 5\,\frac{x^{1/2}}{1/2} = \frac{2}{7}x^{7/2} - 10\sqrt{x}El integrando no está definido en x=0x = 0 (se va a −∞-\infty), así que en rigor es una integral impropia: se integra en [t,1][t, 1] y se hace t→0+t \to 0^+. Como FF es continua en [0,1][0, 1], el límite existe y vale lo mismo que aplicar la regla de Barrow directamente:∫01x3−5x dx=lim⁡t→0+[F(1)−F(t)]=(27−10)−0=−687≈−9,714\int_0^1 \frac{x^3 - 5}{\sqrt{x}}\,dx = \lim_{t \to 0^+}\left[F(1) - F(t)\right] = \left(\frac{2}{7} - 10\right) - 0 = -\frac{68}{7} \approx -9{,}714El resultado negativo es lógico: en (0,1](0, 1] el numerador x3−5x^3 - 5 es negativo y el denominador positivo, así que el integrando es negativo en todo el intervalo.

Comprobación. F′(x)=27⋅72x5/2−10⋅12x−1/2=x5/2−5x−1/2F'(x) = \frac{2}{7}\cdot\frac{7}{2}x^{5/2} - 10\cdot\frac{1}{2}x^{-1/2} = x^{5/2} - 5x^{-1/2} ✓.

b) Existencia. f(x)=2−exf(x) = 2 - e^x es continua en todo R\mathbb{R} (diferencia de una constante y una exponencial), en particular en [0,1][0, 1]. Ademásf(0)=2−1=1>0,f(1)=2−e≈−0,718<0f(0) = 2 - 1 = 1 > 0, \qquad f(1) = 2 - e \approx -0{,}718 < 0Por el teorema de Bolzano, existe al menos un c∈(0,1)c \in (0, 1) con f(c)=0f(c) = 0.

Unicidad. ff es derivable en R\mathbb{R} yf′(x)=−ex<0para todo x∈Rf'(x) = -e^x < 0 \quad \text{para todo } x \in \mathbb{R}porque la exponencial es siempre positiva. Así que ff es estrictamente decreciente en todo R\mathbb{R} y no puede tomar el valor 00 en dos puntos distintos: la raíz es única.

(Se puede decir cuál es: 2−ex=0  ⟺  x=ln⁡2≈0,6932 - e^x = 0 \iff x = \ln 2 \approx 0{,}693, que efectivamente está en (0,1)(0, 1).)
3

Consejo

Bolzano solo asegura que hay al menos una raíz. Para «una sola» necesitas un segundo argumento: que ff sea estrictamente monótona (signo de f′f') o, si no lo es, Rolle.

Y no olvides decir que ff es continua en el intervalo cerrado: sin esa hipótesis escrita, la corrección no da el punto completo de Bolzano.
Paso 1 de 3
¿Has terminado el problema?
¿Te atascas?Manda tu duda a tu profesor o al equipo, o pregunta a otros estudiantes en la comunidad.
Sigue practicandoApuntes y todos los problemas de Análisis →