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martes, 19 de febrero de 2013

Calcular     \displaystyle \int{\dfrac{x^3+x-1}{x^2-1}\,dx}

Enunciado:
Calcular
    \displaystyle \int{\dfrac{x^3+x-1}{x^2-1}\,dx}

Solución:
La función integrando es una función racional impropia
que vamos a descomponer en forma mixta efectuando la división (x^3+x-1) \div (x^2-1)
Vemos que el polinomio cociente es igual a x, y que el polinomio residuo es 2\,x+1
y por el teorema de la división, podemos escribir
    \dfrac{x^3+x-1}{x^2-1}=x+\dfrac{2\,x+1}{x^2-1}
De ahí, la integral dada se puede poner de la forma
    \displaystyle \int{\dfrac{x^3+x-1}{x^2-1}\,dx}=\int{\bigg( x + \dfrac{2\,x+1}{x^2-1}\bigg)\,dx}
            = \displaystyle \int{ x \,dx}+\int{ \dfrac{2\,x}{x^2-1}\,dx}+\int{ \dfrac{1}{x^2-1}\,dx}
y teniendo en cuenta que podemos factorizar el polinomio del denominador del tercer término: x^2-1=(x-1)\,(x+1)
escribiremos
                \dfrac{1}{x^2-1}
como la suma de dos fracciones algebraicas
                \dfrac{1}{x^2-1}=\dfrac{1}{2}\cdot\dfrac{1}{x-1}-\dfrac{1}{2}\cdot\dfrac{1}{x+1}
Entonces, la integral pedida
    \displaystyle \int \dfrac{x^3+x-1}{x^2-1}\,dx
es igual a la siguiente suma de integrales ( más sencillas ):
    \displaystyle \int x \,dx+\int \dfrac{2\,x}{x^2-1}\,dx+\int \dfrac{1}{2}\cdot\dfrac{1}{x-1}\,dx-\int \dfrac{1}{2}\cdot\dfrac{1}{x+1}\,dx
las cuales, integradas y sumadas, conducen a
    \displaystyle \dfrac{1}{2}\,x^2+\ln{\left|x^2-1\right|}+\dfrac{1}{2}\,\ln{\left|x-1\right|}-\dfrac{1}{2}\,\ln{\left|x+1\right|}+C
        =\displaystyle \dfrac{1}{2}\,x^2+\ln{\left|x^2-1\right|}+\dfrac{1}{2}\,\ln{\left|\dfrac{x-1}{x+1}\right|}+C
donde C, por ser la constante de integración, puede ser cualquier número real.
\square

[nota del autor]

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