Primitiva: encontrar la función que tenía esa derivada
Si te dan la derivada , una respuesta es . También sirve , porque al derivar el 7 desaparece. Sumar una cantidad fija cambia la altura de la curva, pero no cuánto cambia entre puntos.
Una función que pasa esa comprobación se llama primitiva. Sin otro dato, hay muchas: , donde puede ser cualquier constante. Si te dicen que la función vale 4 cuando vale 1, ese dato permite elegir .
El símbolo pide encontrar primitivas. En , las letras indican que integras respecto de . Comprueba tu respuesta derivándola: si vuelve a dar , has encontrado una primitiva.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: Te piden una primitiva, una integral sin números de inicio y final, o una función cuya derivada conoces.
La pregunta da una derivada y pide la función anterior. Busca una primitiva; si además da , usa ese dato para calcular la constante.
Un ejemplo, paso a paso
Busca con derivada y que cumpla .
- Buscamos , no otra derivada de . Como la derivada de es , escribe .
- El segundo dato fija una altura: . Sustituye 1 en la función que acabas de escribir: , es decir, .
- Queremos dejar sola en . Resta 1 en ambos lados: , y queda . Reemplaza la constante en la función: .
- Comprueba ambos datos: al derivar obtienes ; al poner 1 obtienes .
Lo que obtenemos: . Sin el dato del punto, escribirías .
Ahora, los símbolos en palabras
- Busca una función que al derivar respecto de dé .
- Nombre de la función que estás buscando.
- Número fijo que puedes sumar sin cambiar la derivada.
Quédate con esto: Encuentra primero una primitiva. El dato de un punto sirve después para escoger su constante.
Ojo con este error: Si no te dan un dato que determine , no elijas un número por tu cuenta: deja .
Ahora prueba la idea
¿Sirven y como primitivas de ?
Ver la respuesta y el porqué
Sí.
Al derivar ambas obtienes . El 10 es constante y su derivada es 0.
Integrales inmediatas: reconocer una derivada conocida
Quieres integrar . Probar da demasiado al derivar: . Divide entre 3 y prueba otra vez: la derivada de es exactamente .
La derivada de es . Si divides esa función entre , al derivar el multiplicador se divide por el mismo número y queda . De ahí sale la regla: aumentar el exponente y dividir entre él. Solo puedes hacerlo si .
Con no hagas esa receta: te llevaría a dividir entre 0. Su primitiva es en un tramo que no cruce 0. Las barras vuelven positivo el número para el logaritmo. Para , una primitiva es . Para , es ; para , es : en cada caso, derivar la respuesta recupera lo que querías integrar.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: La integral suma potencias sencillas, constantes, , , seno o coseno.
Te piden una primitiva de toda la expresión. Separa la suma y busca una función que, al derivarla, devuelva cada término con su mismo multiplicador.
Un ejemplo, paso a paso
Calcula donde .
- La integral es una resta de términos. Escríbela como para trabajar cada parte por separado.
- La primera primitiva es : su derivada es , exactamente lo que pide el primer término.
- La segunda integral usa la regla de : su primitiva es . Conserva el −2 que la multiplica: .
- Reúne los términos: . Las constantes de ambas partes se pueden reunir en una sola .
Lo que obtenemos: .
Ahora, los símbolos en palabras
- Exponente que aparece en la potencia inicial.
- Valor absoluto: |−2|=2 y |2|=2.
- La raíz cuadrada también se puede escribir como potencia de exponente 1/2.
Quédate con esto: La regla de potencias viene de compensar el exponente que aparece al derivar; necesita la regla del logaritmo.
Ojo con este error: La primitiva de es . El 2 que aparece al derivar lo de dentro debe quedar compensado por esa división.
Ahora prueba la idea
¿Por qué la primitiva de tiene un 5 debajo?
Ver la respuesta y el porqué
Porque al derivar aparece un 5 multiplicando.
Dividir entre 5 permite que la derivada de sea solo .
Sustitución: abreviar lo que está dentro del paréntesis
En , con igual a 1 calculas primero 2 y después . Si llamas a , la misma expresión queda . Todavía no hemos integrado nada: solo abreviamos el nombre.
Prueba y derívala. Al derivar la potencia, el 4 se divide entre 4 y queda . La regla de la cadena pide además multiplicar por , la derivada de . Obtienes . Por eso buscamos juntas la expresión interior y su derivada.
Para escribirlo más corto, pon y sustituye todo por . dice que integras respecto de ; , respecto de . No cambies solo dejando el fuera. Al acabar, vuelve a escribir el resultado con . Si hay límites, cámbialos también a o recupera antes de usar los originales.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: Dentro de una potencia o función aparece otra expresión, y cerca está multiplicando su derivada.
La integral debe convertirse entera a una sola letra. Busca lo de dentro del paréntesis y comprueba si su derivada aparece como multiplicador.
Un ejemplo, paso a paso
Calcula .
- Buscamos una primitiva. El interior complica la potencia, pero su derivada también aparece. Esa pareja permite cambiar a .
- Pon y . Reordena la expresión como para ver juntas las dos cosas que reemplazas.
- Sustituye el paréntesis por y la parte completa por : queda . Aumenta el exponente de 3 a 4 y divide entre ese 4, para compensar lo que aparecerá al derivar: .
- La respuesta debe volver a : reemplaza por su definición y obtienes . Al derivar, la cadena vuelve a aportar el necesario.
Lo que obtenemos: .
Ahora, los símbolos en palabras
- Nombre corto para mientras haces la integral.
- Al cambiar a , sustituye juntos el y el por .
Quédate con esto: Escribe la integral transformada antes de integrarla; así compruebas que no quedan letras de las dos variables mezcladas.
Ojo con este error: Si al cambiar te quedan y mezcladas, revisa qué parte no has sustituido todavía.
Ahora prueba la idea
Si , ¿cambias solo por ?
Ver la respuesta y el porqué
No: cambias toda la parte por .
El viene de derivar . Dejarlo fuera cambiaría la integral.
Por partes: corregir lo que sobra al derivar
Para integrar , prueba la función . Al derivarla obtienes : el primer término es lo que querías, pero sobra . Si restas a la función probada, su derivada quita exactamente ese extra.
La regla del producto dice . Si queremos el término , restamos el otro: . Al buscar primitivas, esto da el producto menos la integral del término sobrante. La fórmula por partes escribe esa misma idea usando y .
Conviene que la segunda integral sea más fácil que la primera. Con igual a , derivar da 1 y desaparece la . Si tu elección complica la nueva integral, prueba otra elección o un método distinto.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: Integras una multiplicación como por , una potencia de por seno o coseno, o un logaritmo.
Reconoce el producto y decide qué parte conviene derivar y cuál integrar. Escribe , , y antes de aplicar la fórmula.
Un ejemplo, paso a paso
Calcula por partes.
- La pregunta pide integrar un producto. Escoge porque derivar da 1 y simplifica; escoge porque puedes integrarlo.
- Completa los datos: y . Así sabes qué poner en cada lugar de la fórmula.
- Escribe la igualdad completa antes de abreviar: . En cada sitio has puesto la parte que representa su letra. La integral pendiente ya no lleva y es más sencilla.
- Su primitiva es : resulta . Puedes escribirlo como porque los dos términos tienen .
- Comprueba derivando: da , y resta . Solo queda .
Lo que obtenemos: .
Ahora, los símbolos en palabras
- Parte que vas a derivar; aquí, .
- Parte que vas a integrar, con ; aquí, .
- Derivada de escrita con ; aquí, .
- Primitiva de ; aquí, .
Quédate con esto: La resta elimina el término extra que aparece al derivar el producto. Elige las partes para que la integral pendiente sea más sencilla.
Ojo con este error: es lo que recibes para integrar; es lo que obtienes después de integrarlo. Añade al resultado final.
Ahora prueba la idea
¿Por qué elegir = ayuda en ?
Ver la respuesta y el porqué
Porque al derivar queda 1.
La integral que falta ya no lleva multiplicando y resulta inmediata.
Fracciones simples: separar antes de integrar
Puedes escribir como . Para comprobarlo, multiplica arriba y abajo de por , y arriba y abajo de por . No cambias sus valores para los permitidos y ahora ambas tienen abajo. Al restarlas, arriba queda .
Separar así se llama descomposición en fracciones simples. Se usa con polinomios, expresiones como . A veces puedes simplificar antes: cuando , porque divides la misma multiplicación por . El resultado es , sin fracción; el 0 sigue excluido.
Para partes distintas como y , busca . Si aparece como parte de abajo, necesitas . Para una parte , usa . Las letras son números por encontrar, no valores de . Sigue dejando fuera los números que hacían 0 abajo en la fracción original.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: La integral es una fracción de polinomios, como , y lo de abajo puede escribirse multiplicando partes.
La pregunta pide una primitiva, no un valor de . Escribe lo de abajo como partes multiplicadas, por ejemplo , y prepara fracciones más sencillas cuya suma sea la original.
Un ejemplo, paso a paso
Calcula .
- Abajo está : se multiplica por . Como sabes integrar y , busca ; y serán números que hagan verdadera la igualdad.
- Para poder sumarlas, consigue el mismo denominador sin cambiar su valor. Multiplica arriba y abajo de la primera por : . Hazlo en la segunda por : . Ahora su suma es .
- La suma debe valer para todos los permitidos. Como lo de abajo ya coincide, lo de arriba debe dar 1: . Multiplica el paréntesis y reúne lo que lleva : .
- Iguala las partes fijas y las que multiplican a : y . Pon 1 solo donde estaba : . Resta 1 en ambos lados y obtienes . La fracción queda .
- Integra cada término: da ; da , porque derivar da 1. Conserva la resta: , sin cruzar −1 ni 0.
Lo que obtenemos: , en un tramo que no pase por −1 ni 0.
Ahora, los símbolos en palabras
- Fracción con un polinomio arriba y otro abajo; no puede valer 0.
- Números que buscas para que la suma de fracciones sea igual a la original.
Quédate con esto: Encuentra y haciendo verdadera una igualdad para todos los permitidos. Después integra, no antes.
Ojo con este error: Integrar arriba e integrar abajo y dividir esas respuestas no funciona. Al derivar esa división no recuperas, en general, la fracción inicial.
Ahora prueba la idea
¿Qué números no puedes usar en ?
Ver la respuesta y el porqué
0 y −1.
En 0 se anula ; en −1 se anula . En ambos casos queda 0 abajo.
Integral definida: cuánto se acumula entre dos momentos
Si entran 2 litros por minuto durante 3 minutos, acumulas litros. Si entra agua cada vez más deprisa, no puedes multiplicar todo el tiempo por un único ritmo: tienes que sumar lo que entra en cada parte.
La integral definida hace esa suma para un ritmo que puede cambiar. Tiene un inicio y un final y da un número. En una gráfica, reúne tiras cuya altura es el ritmo y cuya anchura es el tiempo. Si el ritmo es negativo, esa parte resta al total.
Una primitiva permite calcularlo directamente: pon el número final en la primitiva, pon el inicial y resta final menos inicial. Esa diferencia deja solo lo acumulado dentro del tramo. La constante desaparece porque se sumaría igual en las dos evaluaciones.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: La integral lleva dos números, uno de inicio y otro de final, o pide lo acumulado entre dos momentos.
Identifica qué ritmo o función te dan y entre qué dos valores debes acumularlo. Escribe la integral con la fórmula del enunciado y sus límites inicial y final; las unidades te ayudarán a interpretar el resultado.
Un ejemplo, paso a paso
El grifo aporta litros por minuto. ¿Cuántos litros entran entre y minutos?
- Nos dan un ritmo, litros por minuto, y piden el total de 0 a 2 minutos. Se traduce como , no como calcular solo el ritmo final.
- Busca una primitiva término a término: viene de y 1 viene de . Por tanto, .
- Pon el final: . Pon el inicio: .
- La integral es final menos inicio: . Esa resta deja únicamente lo acumulado durante estos dos minutos.
- Las unidades del total son litros: acumulas un ritmo en litros por minuto a lo largo de minutos.
Lo que obtenemos: Entran 6 litros.
Ahora, los símbolos en palabras
- Total acumulado desde hasta , siguiendo la cantidad .
- Pon en y réstale lo que da al poner .
Quédate con esto: Distingue ritmo y total. Los límites son el tiempo que recorres; da el ritmo durante ese tiempo.
Ojo con este error: Si una fracción tiene 0 abajo en algún punto del intervalo, no apliques directamente . Hay que estudiar ese punto: el total puede requerir un límite o no existir.
Ahora prueba la idea
Una función es negativa en todo el tramo, y avanzas del inicio al final. ¿Su integral suma una cantidad positiva o negativa?
Ver la respuesta y el porqué
Negativa, si hay una zona de área no nula.
Las tiras de altura negativa restan. Para el tamaño de una región geométrica habría que contarlas en positivo.
Un uso cotidiano: Cuánta agua entró en el depósito
Ejemplo inventado: durante 5 minutos entran 2 litros por minuto y durante los 5 siguientes, 3 litros por minuto. No hay salidas ni fugas.
- El ritmo cambia, así que calcula por tramos antes de sumar. Primer tramo: 5 minutos por 2 litros cada minuto, litros.
- Segundo tramo: 5 minutos por 3 litros cada minuto, litros.
- El total incluye ambos tramos: litros. No has usado el ritmo final de 3 para los diez minutos completos.
Han entrado 25 litros en 10 minutos. Aquí bastan dos multiplicaciones; la integral hace esa acumulación cuando el ritmo cambia a lo largo del tiempo.
Un uso cotidiano: Cuánta distancia has recorrido
Ejemplo inventado: caminas media hora a 4 km/h y después media hora a 6 km/h, siempre avanzando por la ruta.
- Hay dos velocidades distintas. Calcula la distancia de cada tramo y luego suma; no uses una sola velocidad para toda la hora.
- Media hora son 0,5 horas. Primer tramo: km. Segundo: km.
- Distancia total: km. Usar km supondría que todo el recorrido fue a 6 km/h, lo que contradice el primer tramo.
Recorres 5 km, no 6. Acumular la velocidad durante cada tramo es la idea de integrar una velocidad.
Separar una integral: sumas, factores e intervalos
La integral definida acumula cantidades. Si un depósito recibe agua por dos grifos, puedes sumar sus ritmos y acumular, o acumular cada aporte y luego sumarlos: da el mismo total. Matemáticamente, la integral de es la integral de más la de , con los mismos límites.
Un factor constante puede salir fuera: acumular el doble del ritmo produce el doble del total. Así, la integral de es por la integral de . es un número fijo, no algo que cambia con . Separar sumas y sacar factores constantes se llama linealidad.
También puedes dividir el intervalo. Si , lo acumulado de a es lo de a más lo de a . Se llama aditividad respecto del intervalo. No duplicas la primera parte ni omites la segunda.
Estas propiedades suponen que las integrales existen. Un producto o un cociente no se separa del mismo modo: integrar no equivale en general a multiplicar sus integrales. Si hay una discontinuidad infinita, debes estudiar la integral antes de aplicar estas reglas.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: Aparece una suma, un factor constante, un intervalo dividido o te dan integrales para deducir otra sin recalcular una primitiva.
Comprueba que las funciones se pueden integrar en los intervalos indicados. Decide si separas términos de una suma o tramos del intervalo; conserva los límites y los signos.
Un ejemplo, paso a paso
Calcula separando los términos. Comprueba el resultado dividiendo el intervalo en .
- Es un polinomio, continuo en todo , así que las integrales existen. Separa la suma y saca el factor 2, que es constante: .
- Una primitiva de es y una de 1 es . Evalúa cada una entre 0 y 2: y .
- Reúne los aportes: . Para revisar por tramos, una primitiva del ritmo completo es .
- Primer tramo: . Segundo tramo: .
- Los tramos se unen en 1: . Coinciden con el cálculo separando términos. Una comprobación no cambia las condiciones del problema.
Lo que obtenemos: El total es 6; separado por intervalos, 2 más 4.
Ahora, los símbolos en palabras
- Separar una suma conserva los límites en ambas integrales.
- El número fijo sale fuera sin cambiarlo.
- Los dos tramos consecutivos reúnen el intervalo completo.
Quédate con esto: Puedes separar sumas y factores constantes, o dividir el intervalo en tramos consecutivos. Identifica cuál de las dos cosas estás haciendo.
Ojo con este error: no es en general . Y un factor que depende de no sale fuera como una constante.
Ahora prueba la idea
Sabes que y , y que ambas existen. ¿Cuánto vale ?
Ver la respuesta y el porqué
.
Primero reúne los tramos: 5 más −2 da 3. El factor constante 2 duplica ese total. Una integral negativa resta a la acumulación.
Área entre curvas: restar arriba menos abajo
En igual a 0,5, la recta tiene altura 0,5 y la curva tiene altura 0,25. Entre ellas hay de altura. Una tira fina entre las dos usa esa diferencia.
Para sumar todas las tiras, integra la función de arriba menos la de abajo. Si las curvas se cruzan y cambia cuál está arriba, divide el cálculo en ese cruce y cambia el orden de la resta.
El área debe quedar positiva. Entre una curva y el eje, el eje tiene altura 0. Si la curva está debajo, usa 0 menos su altura. Si sumaras alturas con signos sin separar los tramos, unas zonas podrían restar otras y no obtendrías su tamaño total.
Piensa en esto: Para el área de un rectángulo usas altura por anchura. Entre dos curvas, primero calcula la altura que hay entre ellas.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: Te piden área encerrada, área entre dos curvas o área entre una curva y el eje horizontal.
La pregunta pide superficie entre curvas. Identifica los límites y comprueba cuál va arriba antes de construir la integral.
Un ejemplo, paso a paso
Calcula el área entre e de 0 a 1.
- El enunciado fija el tramo de 0 a 1. Allí los extremos son comunes: ambas curvas dan 0 en 0 y 1 en 1.
- Para decidir el orden, calcula la diferencia: . De 0 a 1, es 0 o positivo y también. Su multiplicación no es negativa, así que está arriba de o coincide con ella.
- La altura de una tira es superior menos inferior: . El área se escribe .
- Integra término a término: una primitiva es .
- Final menos inicio: . Ya queda positiva porque elegiste el orden correcto.
Lo que obtenemos: Área unidades cuadradas.
Ahora, los símbolos en palabras
- Área de la región, medida en unidades cuadradas.
- Altura entre las curvas cuando queda arriba y abajo.
Quédate con esto: La gráfica decide el orden de resta; las reglas de integración vienen después.
Ojo con este error: En , la parte negativa aporta −1/2 y la positiva +1/2: suman 0. Pero el área de las dos regiones es .
Ahora prueba la idea
Las dos curvas se cruzan y cambian de posición. ¿Puedes seguir con el mismo orden de resta?
Ver la respuesta y el porqué
No.
Después del cruce debes comprobar cuál es la mayor y ponerla primero.
Volumen al girar: sumar discos
Corta una lata en rodajas. En la cara circular, el radio va del centro al borde. El área del círculo es por radio al cuadrado; con radio 2, . vale aproximadamente 3,1416. Si las rodajas tienen distintos radios, como en un cono, calcula el área de cada una antes de reunir sus volúmenes.
Al girar una región alrededor del eje horizontal, cada tira vertical forma un disco. El radio es la distancia desde el eje hasta el borde. Integrar el área de esos discos reúne el volumen a lo largo de .
Si queda un hueco, la rodaja es un anillo: resta el círculo interior al exterior. Con radios 3 y 1, el área es . No es un círculo de radio . Si el eje cambia o la región lo cruza, vuelve a dibujar la rodaja antes de decidir los radios.
Piensa en esto: Una rodaja de un cilindro tiene el área de un círculo. Su volumen es esa área multiplicada por su grosor.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: Te piden girar una región alrededor de un eje calcular el volumen que forma.
Te piden un sólido, no el área del dibujo. Identifica el eje de giro y dibuja qué círculo forma una tira; de ahí sale el radio que necesitas.
Un ejemplo, paso a paso
Gira alrededor del eje horizontal la región entre y el eje, desde 0 hasta 1. Calcula el volumen.
- El giro es alrededor del eje horizontal, de altura 0. En una entrada , la curva tiene altura : la distancia al eje es . Ese es el radio.
- No hay hueco, así que cada sección es un disco. Su área viene de la fórmula del círculo: .
- Para reunir las secciones desde 0 hasta 1, escribe . El factor fijo puede quedar fuera.
- La primitiva de es . Evaluar final menos inicio da .
- Multiplica por el factor que quedó fuera: unidades cúbicas.
Lo que obtenemos: unidades cúbicas.
Ahora, los símbolos en palabras
- Radio del círculo exterior en la rodaja situada en .
- Radio del hueco; 0 si no hay hueco.
- Volumen, medido en unidades cúbicas.
Quédate con esto: El eje determina el radio; el radio determina el área del disco; integrar esas áreas da el volumen.
Ojo con este error: Para un anillo, usa , no . Restas áreas, no radios.
Ahora prueba la idea
Radio exterior 2 e interior 1. ¿Cuál es el área de la rodaja?
Ver la respuesta y el porqué
.
Al círculo de radio 2 le quitas el hueco circular de radio 1.
Una primitiva con arctangente
La arctangente es la función inversa de la tangente en su intervalo principal. Su derivada es . Esta identidad permite integrar una cuadrática positiva aunque no tenga factores lineales reales.
En la escala no es uno. El cambio transforma el denominador en y el diferencial en . Sus factores dejan una constante delante de la primitiva.
Piensa en esto: Usa el cambio de variable para conservar el significado de las cantidades.
Cómo empezar tu ejercicio
Cuándo usar esta idea: El integrando contiene y el denominador no se anula en los reales.
Reconoce el cuadrado de la constante y usa , cambiando también .
Un ejemplo, paso a paso
Calcula .
- , así que toma . Entonces y .
- El denominador es . La integral se convierte en .
- Saca la constante : queda .
- Vuelve a : . Su derivada es .
Lo que obtenemos: .
Quédate con esto: Comprueba la primitiva derivando, incluida la derivada de lo que hay dentro.
Ojo con este error: El logaritmo del denominador tendría numerador al derivarlo; no produce el numerador uno.
Ahora prueba la idea
¿La primitiva de es ?
Ver la respuesta y el porqué
Sí, más una constante.
Al ser , el factor exterior y el cambio de escala valen uno.