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Integración de funciones racionales
Problema
2023 · Ordinaria · Reserva
3
Examen

Calcula la siguiente integral definida:

∫61219−x2dx\int_{6}^{12} \frac{1}{9 - x^2} dx
Integral definidaFracciones simples
Resolución de la integral definida

Para calcular la integral ∫61219−x2dx\int_{6}^{12} \frac{1}{9 - x^2} dx, primero realizamos la descomposición en fracciones simples del integrando. El denominador se puede factorizar como una diferencia de cuadrados: 9−x2=(3−x)(3+x)9 - x^2 = (3 - x)(3 + x).

19−x2=1(3−x)(3+x)=A3−x+B3+x\frac{1}{9 - x^2} = \frac{1}{(3 - x)(3 + x)} = \frac{A}{3 - x} + \frac{B}{3 + x}

Calculamos los valores de las constantes AA y BB igualando los numeradores:

1=A(3+x)+B(3−x)1 = A(3 + x) + B(3 - x)

Si asignamos valores estratégicos a xx: - Si x=3x = 3, entonces 1=6A  ⟹  A=1/61 = 6A \implies A = 1/6. - Si x=−3x = -3, entonces 1=6B  ⟹  B=1/61 = 6B \implies B = 1/6.Sustituimos los valores en la integral para hallar la primitiva:

∫19−x2dx=16∫13−xdx+16∫13+xdx=−16ln⁡∣3−x∣+16ln⁡∣3+x∣\int \frac{1}{9 - x^2} dx = \frac{1}{6} \int \frac{1}{3 - x} dx + \frac{1}{6} \int \frac{1}{3 + x} dx = -\frac{1}{6} \ln |3 - x| + \frac{1}{6} \ln |3 + x|

Agrupamos los términos utilizando las propiedades de los logaritmos:

F(x)=16ln⁡∣3+x3−x∣F(x) = \frac{1}{6} \ln \left| \frac{3 + x}{3 - x} \right|

Aplicamos la Regla de Barrow evaluando en los límites de integración 66 y 1212:

∫61219−x2dx=[16ln⁡∣3+x3−x∣]612\int_{6}^{12} \frac{1}{9 - x^2} dx = \left[ \frac{1}{6} \ln \left| \frac{3 + x}{3 - x} \right| \right]_{6}^{12}

Sustituimos los límites superior e inferior:

I=16ln⁡∣3+123−12∣−16ln⁡∣3+63−6∣=16ln⁡(159)−16ln⁡(93)I = \frac{1}{6} \ln \left| \frac{3 + 12}{3 - 12} \right| - \frac{1}{6} \ln \left| \frac{3 + 6}{3 - 6} \right| = \frac{1}{6} \ln \left( \frac{15}{9} \right) - \frac{1}{6} \ln \left( \frac{9}{3} \right)

Simplificamos las fracciones y aplicamos de nuevo las propiedades de los logaritmos para obtener el resultado final:

I=16ln⁡(53)−16ln⁡3=16ln⁡(5/33)=16ln⁡(59)I = \frac{1}{6} \ln \left( \frac{5}{3} \right) - \frac{1}{6} \ln 3 = \frac{1}{6} \ln \left( \frac{5/3}{3} \right) = \frac{1}{6} \ln \left( \frac{5}{9} \right)