lunes, 28 de agosto de 2023

Cálculo de integrales indefinidas por medio de cambios de variable

Calculemos la integral indefinida $\displaystyle \int\,\ln\,\left( \dfrac{p}{q+rx} \right)\,dx$, siendo $p,q,r \in \mathbb{R}^+$. Ayuda: Como es sabido por un resultado anterior, aplicando el método de integración por partes, se sugiere utilizar $\int\,\ln(t)\,dt=t\,(\ln(t)-1)+C$.

Transformemos (de manera equivalente) la función del integrando para poder aplicar el resultado conocido: $\displaystyle I:=\int\,\ln\,\left( \dfrac{p}{q+rx} \right)\,dx= \int\,\ln\,\left( \dfrac{p/p}{q/p+(r/p)\,x} \right)\,dx=\int\,\ln\,\left( \dfrac{1}{q/p+(r/p)\,x} \right)\,dx=$
$=\displaystyle \int\,\left( \ln(1)-\ln\,(q/p+(r/p)\,x) \right)\,dx=\int\,\ln(1)\,dx-\int\,\ln\,(q/p+(r/p)\,x)\,dx=$
$=\int\,0\,dx-\int\,\ln\,(q/p+(r/p)\,x)\,dx=0-\int\,\ln\,(q/p+(r/p)\,x)\,dx=-\int\,\ln\,(q/p+(r/p)\,x)\,dx$

Mediante el cambio de variable $t:=\dfrac{q}{p}+\dfrac{r}{p}\,x$ se tiene que $dt=\dfrac{r}{p}\,dx$ y por tanto $dx=\dfrac{p}{r}\,dt$, con lo cual $\displaystyle I=-\int\,\dfrac{p}{r}\,\ln(t)\,dt=-\dfrac{p}{r}\,t\,(\ln(t)-1)+C$; y, deshaciendo el cambio de variable: $$I=-\dfrac{p}{r}\,\left[ \dfrac{q+rx}{p} \, \left( \ln\,\left(\dfrac{q+rx}{p}\right) -1 \right) \right] +C = \dfrac{1}{r}\,(q+r\,x)\,\left[ \ln\,\left( \dfrac{p}{q+rx} \right) +1 \right]+C\,.\diamond$$

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