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Integración por partes
Problema
2024 · Extraordinaria · Titular
4
Examen
EJERCICIO 4

Halla

∫0π2excos⁡(x) dx\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} e^x \cos(x) \, dx
IntegralesIntegración por partesIntegral definida
Resolución de la integral definida

Para resolver la integral ∫0π2excos⁡(x) dx\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} e^x \cos(x) \, dx, calcularemos primero la integral indefinida utilizando el método de integración por partes.

∫u dv=uv−∫v du\int u \, dv = uv - \int v \, du

Sea I=∫excos⁡(x) dxI = \int e^x \cos(x) \, dx. Realizamos la primera elección de variables:

u=cos⁡(x)  ⟹  du=−sin⁡(x) dxdv=ex dx  ⟹  v=ex\begin{aligned} u &= \cos(x) \implies du = -\sin(x) \, dx \\ dv &= e^x \, dx \implies v = e^x \end{aligned}

Aplicando la fórmula, obtenemos:

I=excos⁡(x)+∫exsin⁡(x) dxI = e^x \cos(x) + \int e^x \sin(x) \, dx

Aplicamos de nuevo integración por partes a la nueva integral, con u=sin⁡(x)u = \sin(x) y dv=ex dxdv = e^x \, dx:

u=sin⁡(x)  ⟹  du=cos⁡(x) dxdv=ex dx  ⟹  v=ex\begin{aligned} u &= \sin(x) \implies du = \cos(x) \, dx \\ dv &= e^x \, dx \implies v = e^x \end{aligned}

Sustituimos en la expresión de II:

I=excos⁡(x)+exsin⁡(x)−∫excos⁡(x) dxI = e^x \cos(x) + e^x \sin(x) - \int e^x \cos(x) \, dx

Observamos que ha vuelto a aparecer la integral original II, por lo que despejamos:

I=excos⁡(x)+exsin⁡(x)−I  ⟹  2I=ex(cos⁡(x)+sin⁡(x))I = e^x \cos(x) + e^x \sin(x) - I \implies 2I = e^x(\cos(x) + \sin(x))

La primitiva es:

∫excos⁡(x) dx=ex(cos⁡(x)+sin⁡(x))2+C\int e^x \cos(x) \, dx = \frac{e^x(\cos(x) + \sin(x))}{2} + C

Finalmente, aplicamos la Regla de Barrow para calcular la integral definida en el intervalo [0,π2][0, \frac{\pi}{2}]:

∫0π2excos⁡(x) dx=[ex(cos⁡(x)+sin⁡(x))2]0π2\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} e^x \cos(x) \, dx = \left[ \frac{e^x(\cos(x) + \sin(x))}{2} \right]_{0}^{\frac{\pi}{2}}

Evaluamos en los límites superior e inferior:

(eπ2(cos⁡(π2)+sin⁡(π2))2)−(e0(cos⁡(0)+sin⁡(0))2)\left( \frac{e^{\frac{\pi}{2}}(\cos(\frac{\pi}{2}) + \sin(\frac{\pi}{2}))}{2} \right) - \left( \frac{e^{0}(\cos(0) + \sin(0))}{2} \right)

Como cos⁡(π2)=0\cos(\frac{\pi}{2}) = 0, sin⁡(π2)=1\sin(\frac{\pi}{2}) = 1, cos⁡(0)=1\cos(0) = 1 y sin⁡(0)=0\sin(0) = 0, tenemos:

eπ2(0+1)2−1(1+0)2=eπ22−12=eπ2−12\frac{e^{\frac{\pi}{2}}(0 + 1)}{2} - \frac{1(1 + 0)}{2} = \frac{e^{\frac{\pi}{2}}}{2} - \frac{1}{2} = \frac{e^{\frac{\pi}{2}} - 1}{2}