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lunes, 16 de abril de 2018

Cálculo del área delimitada entre dos curvas

ENUNCIADO. Calcúlese el área de la región del plano delimitada por las funciones f(x)=x^3+3 y g(x)=x+3

SOLUCIÓN. Dadas las gráficas de dos funciones continuas \phi(x) y \theta(x), y siendo \{x_1,x_2,\ldots,x_k\} el conjunto de abscisas de los puntos de intersección entre las dos curvas, el área de la región del plano comprendida entre éstas se calcula de la forma \mathcal{A}=\displaystyle \left| \int_{x_1}^{x_2}\,(f(x)-g(x))\,dx\right|+\left| \int_{x_2}^{x_3}\,(f(x)-g(x))\,dx\right|+\overset{\underbrace{k-1}}{\ldots}+\left| \int_{x_{k-1}}^{x_k}\,(f(x)-g(x))\,dx\right|

Veamos pues cuáles las abscisas de los puntos de corte entre las funciones dadas f(x) y g(x):
Imponiendo la condición de corte, f(x)=g(x) luego f(x)-g(x)=0 y por tanto x^3-x=0 esto es x\,(x^2-1)=0 \Leftrightarrow \left\{\begin{matrix}x_1=-1 \\ x_2=0 \\ x_3=1\end{matrix}\right. En consecuencia \displaystyle \mathcal{A}=\left| \int_{-1}^{0}\,(x^3-x)\,dx\right|+\left| \int_{0}^{1}\,(x^3-x)\,dx\right| Una función primitiva de f(x)-g(x)=x^3-x es \dfrac{1}{4}\,x^4-\dfrac{1}{2}\,x^2, luego, por la regla de Barrow,
\displaystyle \mathcal{A}=\left| \left(\dfrac{1}{4}\cdot 0^4 -\dfrac{1}{2}\cdot 0^2 \right)-\left(\dfrac{1}{4}\cdot (-1)^4 -\dfrac{1}{2}\cdot (-1)^2 \right)\right|+
                   +\left| \left(\dfrac{1}{4}\cdot 1^4 -\dfrac{1}{2}\cdot 1^2 \right)-\left(\dfrac{1}{4}\cdot 0^4 -\dfrac{1}{2}\cdot 0^2 \right)\right|=
                         =\left|-\left(\dfrac{1}{4}-\dfrac{1}{2}\right)\right|+\left|\dfrac{1}{4}-\dfrac{1}{2}\right|=
                               =\left|-(-\dfrac{1}{4})\right|+\left|-\dfrac{1}{4}\right|=
                                    =\dfrac{1}{4}+\dfrac{1}{4}
                                          =\dfrac{1}{2} unidades de área
\square

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