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Métodos de integración
Problema
2025 · Ordinaria · Suplente
2
Examen

Calcula

324xx46x2+10dx\int_{\sqrt{3}}^{2} \frac{4x}{x^4 - 6x^2 + 10} dx

(Sugerencia: efectúa el cambio de variable t=x23t = x^2 - 3).

Integral definidaCambio de variable
Resolución de la integral definida por cambio de variable

Para resolver la integral 324xx46x2+10dx\int_{\sqrt{3}}^{2} \frac{4x}{x^4 - 6x^2 + 10} dx, utilizaremos el cambio de variable propuesto t=x23t = x^2 - 3.Primero, calculamos el diferencial de la nueva variable derivando respecto a xx:

dt=2xdx    4xdx=2dtdt = 2x \, dx \implies 4x \, dx = 2 \, dt

A continuación, determinamos los nuevos límites de integración para la variable tt:Si el límite inferior es x=3x = \sqrt{3}, entonces t=(3)23=33=0t = (\sqrt{3})^2 - 3 = 3 - 3 = 0.Si el límite superior es x=2x = 2, entonces t=223=43=1t = 2^2 - 3 = 4 - 3 = 1.Expresamos el denominador de la función en términos de la variable tt completando el cuadrado o mediante sustitución directa:

x46x2+10=(x23)2+1=t2+1x^4 - 6x^2 + 10 = (x^2 - 3)^2 + 1 = t^2 + 1

Sustituimos todos los elementos transformados en la integral original:

324xx46x2+10dx=012t2+1dt\int_{\sqrt{3}}^{2} \frac{4x}{x^4 - 6x^2 + 10} dx = \int_{0}^{1} \frac{2}{t^2 + 1} dt

Resolvemos la integral, que resulta en una función arcotangente, y aplicamos la regla de Barrow:

2011t2+1dt=2[arctan(t)]012 \int_{0}^{1} \frac{1}{t^2 + 1} dt = 2 [\arctan(t)]_{0}^{1}

Finalmente, evaluamos en los límites de integración y simplificamos el resultado:

2(arctan(1)arctan(0))=2(π40)=π22 (\arctan(1) - \arctan(0)) = 2 \left( \frac{\pi}{4} - 0 \right) = \frac{\pi}{2}