domingo, 17 de febrero de 2013

Resolver la integral indefinida     $\displaystyle \int {\dfrac{1}{x^2+x}\,dx}$

Enunciado:
Resolver la integral indefinida
    $\displaystyle \int {\dfrac{1}{x^2+x}\,dx}$

Solución:
La función integrando
    $f(x)=\dfrac{1}{x^2+x}$
es una función racional, que, habiéndo factoritzado su denominador, puede escribirse de la forma
    $\dfrac{1}{x\,(x+1)}$
y es, por tanto, del tipus
    $\dfrac{1}{(x+b)(x+a)}$
luego se puede expresar como una suma de fraccions
    $\dfrac{1}{(x+b)(x+a)}=\dfrac{m}{x+a}+\dfrac{n}{x+b}$
Reduciendo a común denominador la expresión del segundo miembro, llegamos a
    $\dfrac{m\,(x+b)+n\,(x+a)}{(x+a)(x+b)}$
y, operando el numerador, nos queda
    $\dfrac{(m+n)\,x+m\,b+n\,a}{(x+a)(x+b)}$
es decir
    $\dfrac{1}{(x+b)(x+a)}=\dfrac{(m+n)\,x+m\,b+n\,a}{(x+a)(x+b)}$
igualando, ahora, los coeficients de los términos del mismo grado entre ambos miembros de la igualdad, obtenemos el siguiente sistema de ecuaciones
    $\left.\begin{matrix} m\,b &+&n\,a&=&1 \\ m & +&n&=&0 \end{matrix}\right\}$
y, resolviéndolo, vemos que
    $m=\dfrac{1}{b-a}$
i
    $n=\dfrac{1}{a-b}$

En nuestro caso, tenemos que $b=0$ i $a=1$, por lo que encontramos la solución: $m=1$ y $n=-1$
Entonces
    $\dfrac{1}{x\,(x+1)}=\dfrac{1}{x}-\dfrac{1}{x+1}$
y podremos escribir
    $\displaystyle \int \dfrac{1}{x^2+x}\,dx=\int \dfrac{1}{x}\,dx-\int \dfrac{1}{x+1}\,dx$
cualculando las integrales inmediatas
    $\displaystyle \int {\dfrac{1}{x^2+x}\,dx}=\ln{\left|x\right|}-\ln{\left|x+1\right|}+C$
que, por las propiedades de los logaritmos, también podemos expresar así
    $\displaystyle \int {\dfrac{1}{x^2+x}\,dx}=\ln{\left|\dfrac{x}{x+1}\right|}+C$

Nota:   $C$, que puede ser cualquier número real, representa la constante de integración, o constante de la familia de funciones primitivas de la función del del integrando
    $F(x)=\ln{\left|\dfrac{x}{x+1}\right|}+C$
$\square$


[nota del autor]

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