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jueves, 19 de abril de 2018

Cálculo del área de una región del plano delimitada entre dos curvas

ENUNCIADO. Calcúlese el área de la región del plano delimitada por las funciones f(x)=x^3+2x^2-x-2 y g(x)=x+2


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+2x^2-2x-4=0 esto es (x-(-2))(x-(-|\sqrt{2}|))(x-|\sqrt{2}|)=0 \Leftrightarrow \left\{\begin{matrix}x_1=-2 \\ x_2=-|\sqrt{2}| \\ x_3=|\sqrt{2}| \end{matrix}\right. En consecuencia \displaystyle \mathcal{A}=\left| \int_{-2}^{-|\sqrt{2}|}\,(x^3+2x^2-2x-4)\,dx\right|+\left| \int_{-|\sqrt{2}|}^{|\sqrt{2}|}\,(x^3+2x^2-2x-4)\,dx\right| Una función primitiva asociada a la función f(x)-g(x)=x^3+2x^2-2x-4 es F(x)=\dfrac{1}{4}\,x^4+\dfrac{2}{3}\,x^3-x^2-4x, luego, por la regla de Barrow,
\displaystyle \mathcal{A}=\left|F(-2)-F(-|\sqrt{2}|)\right|+\left|F(|\sqrt{2}|)-F(-|\sqrt{2}|)\right|=
      \ldots=\dfrac{24\,|\sqrt{2}|-11}{3}\,\text{unidades de área}
\square

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