Cálculo Ejemplos

$\int_{0}^{\frac{π}{6}} \frac{(\sin (2 x))}{\cos^{2} (2 x)} d x$

Paso 1

Sea $u_{2} = \cos (2 x)$ . Entonces $d u_{2} = - 2 \sin (2 x) d x$ , de modo que $- \frac{1}{2} d u_{2} = \sin (2 x) d x$ . Reescribe mediante $u_{2}$ y $d$ $u_{2}$ .

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Paso 1.1

Deja $u_{2} = \cos (2 x)$ . Obtén $\frac{d u_{2}}{d x}$ .

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Paso 1.1.1

Diferencia $\cos (2 x)$ .

$\frac{d}{d x} [\cos (2 x)]$

Paso 1.1.2

Diferencia con la regla de la cadena, que establece que $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ es $f' (g (x)) g' (x)$ donde $f (x) = \cos (x)$ y $g (x) = 2 x$ .

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Paso 1.1.2.1

Para aplicar la regla de la cadena, establece $u_{1}$ como $2 x$ .

$\frac{d}{d u_{1}} [\cos (u_{1})] \frac{d}{d x} [2 x]$

Paso 1.1.2.2

La derivada de $\cos (u_{1})$ con respecto a $u_{1}$ es $- \sin (u_{1})$ .

$- \sin (u_{1}) \frac{d}{d x} [2 x]$

Paso 1.1.2.3

Reemplaza todos los casos de $u_{1}$ con $2 x$ .

$- \sin (2 x) \frac{d}{d x} [2 x]$

Paso 1.1.3

Diferencia.

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Paso 1.1.3.1

Como $2$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $2 x$ con respecto a $x$ es $2 \frac{d}{d x} [x]$ .

$- \sin (2 x) (2 \frac{d}{d x} [x])$

Paso 1.1.3.2

Multiplica $2$ por $- 1$ .

$- 2 \sin (2 x) \frac{d}{d x} [x]$

Paso 1.1.3.3

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

$- 2 \sin (2 x) \cdot 1$

Paso 1.1.3.4

Multiplica $- 2$ por $1$ .

$- 2 \sin (2 x)$

Paso 1.2

Sustituye el límite inferior por $x$ en $u_{2} = \cos (2 x)$ .

$u_{lower} = \cos (2 \cdot 0)$

Paso 1.3

Simplifica.

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Paso 1.3.1

Multiplica $2$ por $0$ .

$u_{lower} = \cos (0)$

Paso 1.3.2

El valor exacto de $\cos (0)$ es $1$ .

$u_{lower} = 1$

Paso 1.4

Sustituye el límite superior por $x$ en $u_{2} = \cos (2 x)$ .

$u_{upper} = \cos (2 \frac{π}{6})$

Paso 1.5

Simplifica.

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Paso 1.5.1

Cancela el factor común de $2$ .

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Paso 1.5.1.1

Factoriza $2$ de $6$ .

$u_{upper} = \cos (2 \frac{π}{2 (3)})$

Paso 1.5.1.2

Cancela el factor común.

$u_{upper} = \cos (2 \frac{π}{2 \cdot 3})$

Paso 1.5.1.3

Reescribe la expresión.

$u_{upper} = \cos (\frac{π}{3})$

Paso 1.5.2

El valor exacto de $\cos (\frac{π}{3})$ es $\frac{1}{2}$ .

$u_{upper} = \frac{1}{2}$

Paso 1.6

Los valores obtenidos para $u_{lower}$ y $u_{upper}$ se usarán para evaluar la integral definida.

$u_{lower} = 1$

$u_{upper} = \frac{1}{2}$

Paso 1.7

Reescribe el problema mediante $u_{2}$ , $d u_{2}$ y los nuevos límites de integración.

$\int_{1}^{\frac{1}{2}} \frac{1}{{u_{2}}^{2}} \cdot \frac{1}{- 2} d u_{2}$

Paso 2

Simplifica.

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Paso 2.1

Mueve el negativo al frente de la fracción.

$\int_{1}^{\frac{1}{2}} \frac{1}{{u_{2}}^{2}} (- \frac{1}{2}) d u_{2}$

Paso 2.2

Multiplica $\frac{1}{{u_{2}}^{2}}$ por $\frac{1}{2}$ .

$\int_{1}^{\frac{1}{2}} - \frac{1}{{u_{2}}^{2} \cdot 2} d u_{2}$

Paso 2.3

Mueve $2$ a la izquierda de ${u_{2}}^{2}$ .

$\int_{1}^{\frac{1}{2}} - \frac{1}{2 {u_{2}}^{2}} d u_{2}$

Paso 3

Dado que $- 1$ es constante con respecto a $u_{2}$ , mueve $- 1$ fuera de la integral.

$- \int_{1}^{\frac{1}{2}} \frac{1}{2 {u_{2}}^{2}} d u_{2}$

Paso 4

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

$- (\frac{1}{2} \int_{1}^{\frac{1}{2}} \frac{1}{{u_{2}}^{2}} d u_{2})$

Paso 5

Aplica reglas básicas de exponentes.

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Paso 5.1

Mueve ${u_{2}}^{2}$ fuera del denominador mediante su elevación a la potencia $- 1$ .

$- \frac{1}{2} \int_{1}^{\frac{1}{2}} {({u_{2}}^{2})}^{- 1} d u_{2}$

Paso 5.2

Multiplica los exponentes en ${({u_{2}}^{2})}^{- 1}$ .

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Paso 5.2.1

Aplica la regla de la potencia y multiplica los exponentes, ${(a^{m})}^{n} = a^{m n}$ .

$- \frac{1}{2} \int_{1}^{\frac{1}{2}} {u_{2}}^{2 \cdot - 1} d u_{2}$

Paso 5.2.2

Multiplica $2$ por $- 1$ .

$- \frac{1}{2} \int_{1}^{\frac{1}{2}} {u_{2}}^{- 2} d u_{2}$

Paso 6

Según la regla de la potencia, la integral de ${u_{2}}^{- 2}$ con respecto a $u_{2}$ es $- {u_{2}}^{- 1}$ .

$- \frac{1}{2} - {u_{2}}^{- 1}]_{1}^{\frac{1}{2}}$

Paso 7

Sustituye y simplifica.

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Paso 7.1

Evalúa $- {u_{2}}^{- 1}$ en $\frac{1}{2}$ y en $1$ .

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

Paso 7.2

Simplifica.

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Paso 7.2.1

Cambia el signo del exponente; para ello, reescribe la base como su recíproca.

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

Paso 7.2.2

Multiplica $- 1$ por $2$ .

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

Paso 7.2.3

Uno elevado a cualquier potencia es uno.

$- \frac{1}{2} (- 2 + 1)$

Paso 7.2.4

Suma $- 2$ y $1$ .

$- \frac{1}{2} \cdot - 1$

Paso 7.2.5

Multiplica $- 1$ por $- 1$ .

$1 (\frac{1}{2})$

Paso 7.2.6

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

$\frac{1}{2}$

Paso 8

El resultado puede mostrarse de distintas formas.

Forma exacta:

$\frac{1}{2}$

Forma decimal:

$0.5$