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Cálculo de primitivas
Problema
2024 · Extraordinaria · Reserva
4
Examen

Calcula una primitiva de la función f:(1,+)Rf: (1, +\infty) \to \mathbb{R} definida por f(x)=(x1)2lnx12f(x) = (x - 1)^2 \ln \frac{\sqrt{x - 1}}{2} cuya gráfica pase por el punto (5,7/2)(5, -7/2), donde ln\ln denota la función logaritmo neperiano. (Sugerencia: efectúa el cambio de variable x1=t2x - 1 = t^2).

PrimitivaCambio de variableLogaritmo
Cálculo de la integral indefinida

Para hallar la primitiva de la función f(x)=(x1)2lnx12f(x) = (x - 1)^2 \ln \frac{\sqrt{x - 1}}{2}, calculamos primero su integral indefinida. Siguiendo la sugerencia del enunciado, aplicamos el cambio de variable x1=t2x - 1 = t^2, lo que implica dx=2tdtdx = 2t dt y x1=t\sqrt{x - 1} = t.

(x1)2ln(x12)dx=(t2)2ln(t2)2tdt=2t5ln(t2)dt\int (x - 1)^2 \ln \left( \frac{\sqrt{x - 1}}{2} \right) dx = \int (t^2)^2 \ln \left( \frac{t}{2} \right) 2t \, dt = \int 2t^5 \ln \left( \frac{t}{2} \right) dt
Integración por partes

Para resolver la integral resultante en tt, utilizamos el método de integración por partes:

u=ln(t2)    du=1tdtu = \ln \left( \frac{t}{2} \right) \implies du = \frac{1}{t} dt
dv=2t5dt    v=2t66=t63dv = 2t^5 dt \implies v = \frac{2t^6}{6} = \frac{t^6}{3}

Aplicando la fórmula udv=uvvdu\int u \, dv = uv - \int v \, du:

2t5ln(t2)dt=t63ln(t2)t631tdt=t63ln(t2)13t5dt\int 2t^5 \ln \left( \frac{t}{2} \right) dt = \frac{t^6}{3} \ln \left( \frac{t}{2} \right) - \int \frac{t^6}{3} \cdot \frac{1}{t} dt = \frac{t^6}{3} \ln \left( \frac{t}{2} \right) - \frac{1}{3} \int t^5 dt
t63ln(t2)13t66+C=t63ln(t2)t618+C\frac{t^6}{3} \ln \left( \frac{t}{2} \right) - \frac{1}{3} \cdot \frac{t^6}{6} + C = \frac{t^6}{3} \ln \left( \frac{t}{2} \right) - \frac{t^6}{18} + C

Deshacemos el cambio de variable sustituyendo t6=(x1)3t^6 = (x-1)^3 y t=x1t = \sqrt{x-1}:

F(x)=(x1)33ln(x12)(x1)318+CF(x) = \frac{(x-1)^3}{3} \ln \left( \frac{\sqrt{x-1}}{2} \right) - \frac{(x-1)^3}{18} + C
Determinación de la constante

Se nos indica que la gráfica de la primitiva pasa por el punto (5,7/2)(5, -7/2), lo que significa que F(5)=7/2F(5) = -7/2:

F(5)=(51)33ln(512)(51)318+C=72F(5) = \frac{(5-1)^3}{3} \ln \left( \frac{\sqrt{5-1}}{2} \right) - \frac{(5-1)^3}{18} + C = -\frac{7}{2}
643ln(1)6418+C=72    0329+C=72\frac{64}{3} \ln(1) - \frac{64}{18} + C = -\frac{7}{2} \implies 0 - \frac{32}{9} + C = -\frac{7}{2}
C=32972=646318=118C = \frac{32}{9} - \frac{7}{2} = \frac{64 - 63}{18} = \frac{1}{18}
Solución final

La primitiva buscada es:

F(x)=(x1)33ln(x12)(x1)318+118F(x) = \frac{(x-1)^3}{3} \ln \left( \frac{\sqrt{x-1}}{2} \right) - \frac{(x-1)^3}{18} + \frac{1}{18}