Cálculo de la integral $\int_{0}^{\pi} x \operatorname{sen}^2(x) dx$
Para resolver la integral, primero utilizaremos la identidad trigonométrica para sen2(x):
sen2(x)=21−cos(2x) Sustituimos esta identidad en la integral original:
∫0πx(21−cos(2x))dx=∫0π(2x−2xcos(2x))dx Ahora, podemos dividir la integral en dos partes:
I=21∫0πxdx−21∫0πxcos(2x)dx Calculamos la primera parte de la integral:
21∫0πxdx=21[2x2]0π=21(2π2−202)=21⋅2π2=4π2 Ahora, calculamos la segunda parte, 21∫0πxcos(2x)dx, utilizando el método de integración por partes. Sea J=∫xcos(2x)dx. Usamos la fórmula ∫udv=uv−∫vdu:
{u=xdv=cos(2x)dx⟹du=dx⟹v=∫cos(2x)dx=2sen(2x) Aplicando la fórmula de integración por partes:
J=x2sen(2x)−∫2sen(2x)dx Resolvemos la integral restante:
J=x2sen(2x)−21(−2cos(2x))=x2sen(2x)+4cos(2x) Ahora evaluamos la parte definida de la segunda integral:
21[x2sen(2x)+4cos(2x)]0π Sustituimos los límites de integración:
21[(π2sen(2π)+4cos(2π))−(02sen(0)+4cos(0))] Sabemos que sen(2π)=0, cos(2π)=1, sen(0)=0 y cos(0)=1. Sustituyendo estos valores:
21[(π⋅0+41)−(0⋅0+41)]=21[41−41]=21⋅0=0 Finalmente, combinamos los resultados de ambas partes de la integral:
I=4π2−0=4π2