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Integración de funciones racionales
Problema
2020 · Ordinaria · Reserva
2
Examen

Sea ff la función definida por f(x)=−x3+2x−3x2−xf(x) = \frac{-x^3 + 2x - 3}{x^2 - x} para x≠0,x≠1x \neq 0, x \neq 1. Halla la primitiva de ff cuya gráfica pasa por el punto (2,3ln⁡2)(2, 3 \ln 2), donde ln⁡\ln denota la función logaritmo neperiano.

PrimitivaFunciones racionalesIntegrales

Primero, realizaremos la división polinómica para simplificar la función f(x)f(x).

−x3+2x−3x2−x=−x−1+x−3x2−x\frac{-x^3 + 2x - 3}{x^2 - x} = -x - 1 + \frac{x - 3}{x^2 - x}

Ahora, descomponemos la fracción restante en fracciones parciales. El denominador es x2−x=x(x−1)x^2 - x = x(x - 1).

x−3x(x−1)=Ax+Bx−1\frac{x - 3}{x(x - 1)} = \frac{A}{x} + \frac{B}{x - 1}

Multiplicando ambos lados por x(x−1)x(x - 1), obtenemos:

x−3=A(x−1)+Bxx - 3 = A(x - 1) + Bx

Para hallar AA y BB:

Si x=0x = 0: 0−3=A(0−1)+B(0)⇒−3=−A⇒A=30 - 3 = A(0 - 1) + B(0) \Rightarrow -3 = -A \Rightarrow A = 3.Si x=1x = 1: 1−3=A(1−1)+B(1)⇒−2=B1 - 3 = A(1 - 1) + B(1) \Rightarrow -2 = B.

Por lo tanto, la función f(x)f(x) se puede escribir como:

f(x)=−x−1+3x−2x−1f(x) = -x - 1 + \frac{3}{x} - \frac{2}{x - 1}

Ahora, integramos la función para encontrar su primitiva F(x)F(x):

F(x)=∫(−x−1+3x−2x−1)dxF(x) = \int \left( -x - 1 + \frac{3}{x} - \frac{2}{x - 1} \right) dx
F(x)=−x22−x+3ln⁡∣x∣−2ln⁡∣x−1∣+CF(x) = -\frac{x^2}{2} - x + 3 \ln|x| - 2 \ln|x - 1| + C

Para determinar la constante de integración CC, usamos la condición de que la gráfica de F(x)F(x) pasa por el punto (2,3ln⁡2)(2, 3 \ln 2). Sustituimos x=2x = 2 y F(x)=3ln⁡2F(x) = 3 \ln 2:

3ln⁡2=−222−2+3ln⁡∣2∣−2ln⁡∣2−1∣+C3 \ln 2 = -\frac{2^2}{2} - 2 + 3 \ln|2| - 2 \ln|2 - 1| + C
3ln⁡2=−42−2+3ln⁡2−2ln⁡∣1∣+C3 \ln 2 = -\frac{4}{2} - 2 + 3 \ln 2 - 2 \ln|1| + C
3ln⁡2=−2−2+3ln⁡2−2⋅0+C3 \ln 2 = -2 - 2 + 3 \ln 2 - 2 \cdot 0 + C
3ln⁡2=−4+3ln⁡2+C3 \ln 2 = -4 + 3 \ln 2 + C

Restando 3ln⁡23 \ln 2 de ambos lados, obtenemos:

0=−4+C0 = -4 + C
C=4C = 4

Por lo tanto, la primitiva de ff cuya gráfica pasa por el punto (2,3ln⁡2)(2, 3 \ln 2) es:

F(x)=−x22−x+3ln⁡∣x∣−2ln⁡∣x−1∣+4F(x) = -\frac{x^2}{2} - x + 3 \ln|x| - 2 \ln|x - 1| + 4