Cálculo Ejemplos

$\frac{1}{X^{3} + X}$

Paso 1

Escribe $\frac{1}{X^{3} + X}$ como una función.

$f (X) = \frac{1}{X^{3} + X}$

Paso 2

La función $F (X)$ puede obtenerse mediante el cálculo de la integral indefinida de la derivada $f (X)$ .

$F (X) = \int f (X) d X$

Paso 3

Establece la integral para resolver.

$F (X) = \int \frac{1}{X^{3} + X} d X$

Paso 4

Escribe la fracción mediante la descomposición en fracciones simples.

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Paso 4.1

Descompone la fracción y multiplica por el denominador común.

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Paso 4.1.1

Factoriza $X$ de $X^{3} + X$ .

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Paso 4.1.1.1

Factoriza $X$ de $X^{3}$ .

$\frac{1}{X \cdot X^{2} + X}$

Paso 4.1.1.2

Eleva $X$ a la potencia de $1$ .

$\frac{1}{X \cdot X^{2} + X^{1}}$

Paso 4.1.1.3

Factoriza $X$ de $X^{1}$ .

$\frac{1}{X \cdot X^{2} + X \cdot 1}$

Paso 4.1.1.4

Factoriza $X$ de $X \cdot X^{2} + X \cdot 1$ .

$\frac{1}{X (X^{2} + 1)}$

Paso 4.1.2

Para cada factor del denominador, crea una nueva fracción con el factor como denominador y un valor desconocido como numerador. Dado que el factor es de segundo orden, se requieren $2$ términos en el numerador. El número de términos requeridos en el numerador siempre es igual al orden del factor en el denominador.

$\frac{A}{X} + \frac{B X + C}{X^{2} + 1}$

Paso 4.1.3

Multiplica cada fracción en la ecuación por el denominador de la expresión original. En este caso, el denominador es $X (X^{2} + 1)$ .

$\frac{1 (X (X^{2} + 1))}{X (X^{2} + 1)} = \frac{A (X (X^{2} + 1))}{X} + \frac{(B X + C) (X (X^{2} + 1))}{X^{2} + 1}$

Paso 4.1.4

Cancela el factor común de $X$ .

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Paso 4.1.4.1

Cancela el factor común.

$\frac{1 (X (X^{2} + 1))}{X (X^{2} + 1)} = \frac{A (X (X^{2} + 1))}{X} + \frac{(B X + C) (X (X^{2} + 1))}{X^{2} + 1}$

Paso 4.1.4.2

Reescribe la expresión.

$\frac{1 (X^{2} + 1)}{X^{2} + 1} = \frac{A (X (X^{2} + 1))}{X} + \frac{(B X + C) (X (X^{2} + 1))}{X^{2} + 1}$

Paso 4.1.5

Cancela el factor común de $X^{2} + 1$ .

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Paso 4.1.5.1

Cancela el factor común.

$\frac{1 (X^{2} + 1)}{X^{2} + 1} = \frac{A (X (X^{2} + 1))}{X} + \frac{(B X + C) (X (X^{2} + 1))}{X^{2} + 1}$

Paso 4.1.5.2

Reescribe la expresión.

$1 = \frac{A (X (X^{2} + 1))}{X} + \frac{(B X + C) (X (X^{2} + 1))}{X^{2} + 1}$

Paso 4.1.6

Simplifica cada término.

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Paso 4.1.6.1

Cancela el factor común de $X$ .

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Paso 4.1.6.1.1

Cancela el factor común.

$1 = \frac{A (X (X^{2} + 1))}{X} + \frac{(B X + C) (X (X^{2} + 1))}{X^{2} + 1}$

Paso 4.1.6.1.2

Divide $A (X^{2} + 1)$ por $1$ .

$1 = A (X^{2} + 1) + \frac{(B X + C) (X (X^{2} + 1))}{X^{2} + 1}$

Paso 4.1.6.2

Aplica la propiedad distributiva.

$1 = A X^{2} + A \cdot 1 + \frac{(B X + C) (X (X^{2} + 1))}{X^{2} + 1}$

Paso 4.1.6.3

Multiplica $A$ por $1$ .

$1 = A X^{2} + A + \frac{(B X + C) (X (X^{2} + 1))}{X^{2} + 1}$

Paso 4.1.6.4

Cancela el factor común de $X^{2} + 1$ .

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Paso 4.1.6.4.1

Cancela el factor común.

$1 = A X^{2} + A + \frac{(B X + C) (X (X^{2} + 1))}{X^{2} + 1}$

Paso 4.1.6.4.2

Divide $(B X + C) (X)$ por $1$ .

$1 = A X^{2} + A + (B X + C) (X)$

Paso 4.1.6.5

Aplica la propiedad distributiva.

$1 = A X^{2} + A + B X \cdot X + C X$

Paso 4.1.6.6

Multiplica $X$ por $X$ sumando los exponentes.

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Paso 4.1.6.6.1

Mueve $X$ .

$1 = A X^{2} + A + B (X \cdot X) + C X$

Paso 4.1.6.6.2

Multiplica $X$ por $X$ .

$1 = A X^{2} + A + B X^{2} + C X$

Paso 4.1.7

Mueve $A$ .

$1 = A X^{2} + B X^{2} + C X + A$

Paso 4.2

Crea ecuaciones para las variables de fracción simple y úsalas para establecer un sistema de ecuaciones.

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Paso 4.2.1

Crea una ecuación para las variables de fracción simple al igualar los coeficientes de $X^{2}$ de cada lado de la ecuación. Para que la ecuación sea igual, los coeficientes equivalentes en cada lado de la ecuación deben ser iguales.

$0 = A + B$

Paso 4.2.2

Crea una ecuación para las variables de fracción simple al igualar los coeficientes de $X$ de cada lado de la ecuación. Para que la ecuación sea igual, los coeficientes equivalentes en cada lado de la ecuación deben ser iguales.

$0 = C$

Paso 4.2.3

Crea una ecuación para las variables de fracción simple al igualar los coeficientes de los términos que no contienen $X$ . Para que la ecuación sea igual, los coeficientes equivalentes en cada lado de la ecuación deben ser iguales.

$1 = A$

Paso 4.2.4

Establece el sistema de ecuaciones para obtener los coeficientes de las fracciones parciales.

$0 = A + B$

$0 = C$

$1 = A$

$0 = A + B$

$0 = C$

$1 = A$

Paso 4.3

Resuelve el sistema de ecuaciones.

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Paso 4.3.1

Reescribe la ecuación como $C = 0$ .

$C = 0$

$0 = A + B$

$1 = A$

Paso 4.3.2

Reescribe la ecuación como $A = 1$ .

$A = 1$

$C = 0$

$0 = A + B$

Paso 4.3.3

Reemplaza todos los casos de $A$ por $1$ en cada ecuación.

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Paso 4.3.3.1

Reemplaza todos los casos de $A$ en $0 = A + B$ por $1$ .

$0 = (1) + B$

$A = 1$

$C = 0$

Paso 4.3.3.2

Simplifica el lado derecho.

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Paso 4.3.3.2.1

Elimina los paréntesis.

$0 = 1 + B$

$A = 1$

$C = 0$

$0 = 1 + B$

$A = 1$

$C = 0$

$0 = 1 + B$

$A = 1$

$C = 0$

Paso 4.3.4

Resuelve $B$ en $0 = 1 + B$ .

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Paso 4.3.4.1

Reescribe la ecuación como $1 + B = 0$ .

$1 + B = 0$

$A = 1$

$C = 0$

Paso 4.3.4.2

Resta $1$ de ambos lados de la ecuación.

$B = - 1$

$A = 1$

$C = 0$

$B = - 1$

$A = 1$

$C = 0$

Paso 4.3.5

Resuelve el sistema de ecuaciones.

$B = - 1 A = 1 C = 0$

Paso 4.3.6

Enumera todas las soluciones.

$B = - 1, A = 1, C = 0$

Paso 4.4

Reemplaza cada uno de los coeficientes de fracción simple en $\frac{A}{X} + \frac{B X + C}{X^{2} + 1}$ con los valores obtenidos para $A$ , $B$ y $C$ .

$\frac{1}{X} + \frac{- 1 X + 0}{X^{2} + 1}$

Paso 4.5

Simplifica.

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Paso 4.5.1

Elimina los paréntesis.

$\frac{1}{X} + \frac{(- 1) \cdot X + 0}{X^{2} + 1}$

Paso 4.5.2

Simplifica el numerador.

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Paso 4.5.2.1

Reescribe $- 1 X$ como $- X$ .

$\frac{1}{X} + \frac{- X + 0}{X^{2} + 1}$

Paso 4.5.2.2

Suma $- X$ y $0$ .

$\frac{1}{X} + \frac{- X}{X^{2} + 1}$

Paso 4.5.3

Mueve el negativo al frente de la fracción.

$\int \frac{1}{X} - \frac{X}{X^{2} + 1} d X$

Paso 5

Divide la única integral en varias integrales.

$\int \frac{1}{X} d X + \int - \frac{X}{X^{2} + 1} d X$

Paso 6

La integral de $\frac{1}{X}$ con respecto a $X$ es $\ln (| X |)$ .

$\ln (| X |) + C + \int - \frac{X}{X^{2} + 1} d X$

Paso 7

Dado que $- 1$ es constante con respecto a $X$ , mueve $- 1$ fuera de la integral.

$\ln (| X |) + C - \int \frac{X}{X^{2} + 1} d X$

Paso 8

Sea $u = X^{2} + 1$ . Entonces $d u = 2 X d X$ , de modo que $\frac{1}{2} d u = X d X$ . Reescribe mediante $u$ y $d$ $u$ .

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Paso 8.1

Deja $u = X^{2} + 1$ . Obtén $\frac{d u}{d X}$ .

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Paso 8.1.1

Diferencia $X^{2} + 1$ .

$\frac{d}{d X} [X^{2} + 1]$

Paso 8.1.2

Según la regla de la suma, la derivada de $X^{2} + 1$ con respecto a $X$ es $\frac{d}{d X} [X^{2}] + \frac{d}{d X} [1]$ .

$\frac{d}{d X} [X^{2}] + \frac{d}{d X} [1]$

Paso 8.1.3

Diferencia con la regla de la potencia, que establece que $\frac{d}{d X} [X^{n}]$ es $n X^{n - 1}$ donde $n = 2$ .

$2 X + \frac{d}{d X} [1]$

Paso 8.1.4

Como $1$ es constante con respecto a $X$ , la derivada de $1$ con respecto a $X$ es $0$ .

$2 X + 0$

Paso 8.1.5

Suma $2 X$ y $0$ .

$2 X$

Paso 8.2

Reescribe el problema mediante $u$ y $d u$ .

$\ln (| X |) + C - \int \frac{1}{u} \cdot \frac{1}{2} d u$

Paso 9

Simplifica.

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Paso 9.1

Multiplica $\frac{1}{u}$ por $\frac{1}{2}$ .

$\ln (| X |) + C - \int \frac{1}{u \cdot 2} d u$

Paso 9.2

Mueve $2$ a la izquierda de $u$ .

$\ln (| X |) + C - \int \frac{1}{2 u} d u$

Paso 10

Dado que $\frac{1}{2}$ es constante con respecto a $u$ , mueve $\frac{1}{2}$ fuera de la integral.

$\ln (| X |) + C - (\frac{1}{2} \int \frac{1}{u} d u)$

Paso 11

La integral de $\frac{1}{u}$ con respecto a $u$ es $\ln (| u |)$ .

$\ln (| X |) + C - \frac{1}{2} (\ln (| u |) + C)$

Paso 12

Simplifica.

$\ln (| X |) - \frac{1}{2} \ln (| u |) + C$

Paso 13

Reemplaza todos los casos de $u$ con $X^{2} + 1$ .

$\ln (| X |) - \frac{1}{2} \ln (| X^{2} + 1 |) + C$

Paso 14

La respuesta es la antiderivada de la función $f (X) = \frac{1}{X^{3} + X}$ .

$F (X) =$ $\ln (| X |) - \frac{1}{2} \ln (| X^{2} + 1 |) + C$