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Integrales definidas
Problema
2023 · Extraordinaria · Titular
3
Examen

Calcula aa con 0<a<10 < a < 1, tal que:

∫a1ln⁡(x)xdx+2=0\int_{a}^{1} \frac{\ln(x)}{x} dx + 2 = 0

(ln denota la función logaritmo neperiano).

Integral definidaLogaritmo neperianoParámetros
Resolución de la ecuación integral

Para resolver el problema, primero calculamos la integral indefinida ∫ln⁡(x)xdx\int \frac{\ln(x)}{x} dx. Esta integral es de tipo inmediata, ya que la derivada de ln⁡(x)\ln(x) es 1x\frac{1}{x}.

∫ln⁡(x)xdx=∫ln⁡(x)⋅1xdx=(ln⁡(x))22+C\int \frac{\ln(x)}{x} dx = \int \ln(x) \cdot \frac{1}{x} dx = \frac{(\ln(x))^2}{2} + C

Aplicamos la Regla de Barrow para evaluar la integral definida entre los límites aa y 11:

\int_{a}^{1} \frac{\ln(x)}{x} dx = \left[ \frac{(\ln(x))^2}{2} \right]_{a}^{1} = \frac{(\ln(1))^2}{2} - \frac{(\ln(a))^2}{2}

Dado que ln⁡(1)=0\ln(1) = 0, la expresión anterior se simplifica a:

0 - \frac{(\ln(a))^2}{2} = - \frac{(\ln(a))^2}{2}

Sustituimos el resultado de la integral en la ecuación inicial ∫a1ln⁡(x)xdx+2=0\int_{a}^{1} \frac{\ln(x)}{x} dx + 2 = 0:

- \frac{(\ln(a))^2}{2} + 2 = 0 \implies - \frac{(\ln(a))^2}{2} = -2

Multiplicamos por −2-2 en ambos lados para despejar el término con el logaritmo:

(\ln(a))^2 = 4

Tomamos la raíz cuadrada en ambos miembros, obteniendo dos posibles valores para ln⁡(a)\ln(a):

\ln(a) = \pm \sqrt{4} \implies \ln(a) = 2 \quad \text{o} \quad \ln(a) = -2

Despejamos aa aplicando la función exponencial:

a1=e2≈7,389a_1 = e^2 \approx 7,389
a2=e−2=1e2≈0,135a_2 = e^{-2} = \frac{1}{e^2} \approx 0,135

El enunciado establece la restricción 0<a<10 < a < 1. Como e2>1e^2 > 1, descartamos a1a_1. Por lo tanto, el valor buscado es:

a=e−2a = e^{-2}