Cálculo Ejemplos

$\int x^{3} \cos (2 x) d x$

Paso 1

Integra por partes mediante la fórmula $\int u d v = u v - \int v d u$ , donde $u = x^{3}$ y $d v = \cos (2 x)$ .

$x^{3} (\frac{1}{2} \sin (2 x)) - \int \frac{1}{2} \sin (2 x) (3 x^{2}) d x$

Paso 2

Simplifica.

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Paso 2.1

Combina $\frac{1}{2}$ y $\sin (2 x)$ .

$x^{3} \frac{\sin (2 x)}{2} - \int \frac{1}{2} \sin (2 x) (3 x^{2}) d x$

Paso 2.2

Combina $x^{3}$ y $\frac{\sin (2 x)}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \int \frac{1}{2} \sin (2 x) (3 x^{2}) d x$

Paso 3

Dado que $\frac{1}{2} \cdot 3$ es constante con respecto a $x$ , mueve $\frac{1}{2} \cdot 3$ fuera de la integral.

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - (\frac{1}{2} \cdot 3 \int \sin (2 x) (x^{2}) d x)$

Paso 4

Combina $\frac{1}{2}$ y $3$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} \int \sin (2 x) (x^{2}) d x$

Paso 5

Integra por partes mediante la fórmula $\int u d v = u v - \int v d u$ , donde $u = x^{2}$ y $d v = \sin (2 x)$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (x^{2} (- \frac{1}{2} \cos (2 x)) - \int - \frac{1}{2} \cos (2 x) (2 x) d x)$

Paso 6

Simplifica.

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Paso 6.1

Combina $\cos (2 x)$ y $\frac{1}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (x^{2} (- \frac{\cos (2 x)}{2}) - \int - \frac{1}{2} \cos (2 x) (2 x) d x)$

Paso 6.2

Combina $x^{2}$ y $\frac{\cos (2 x)}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int - \frac{1}{2} \cos (2 x) (2 x) d x)$

Paso 6.3

Combina $\cos (2 x)$ y $\frac{1}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int - \frac{\cos (2 x)}{2} (2 x) d x)$

Paso 6.4

Multiplica $2$ por $- 1$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int - 2 \frac{\cos (2 x)}{2} x d x)$

Paso 6.5

Combina $- 2$ y $\frac{\cos (2 x)}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int \frac{- 2 \cos (2 x)}{2} x d x)$

Paso 6.6

Combina $\frac{- 2 \cos (2 x)}{2}$ y $x$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int \frac{- 2 \cos (2 x) x}{2} d x)$

Paso 6.7

Cancela el factor común de $- 2$ y $2$ .

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Paso 6.7.1

Factoriza $2$ de $- 2 \cos (2 x) x$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int \frac{2 (- \cos (2 x) x)}{2} d x)$

Paso 6.7.2

Cancela los factores comunes.

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Paso 6.7.2.1

Factoriza $2$ de $2$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int \frac{2 (- \cos (2 x) x)}{2 (1)} d x)$

Paso 6.7.2.2

Cancela el factor común.

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int \frac{2 (- \cos (2 x) x)}{2 \cdot 1} d x)$

Paso 6.7.2.3

Reescribe la expresión.

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int \frac{- \cos (2 x) x}{1} d x)$

Paso 6.7.2.4

Divide $- \cos (2 x) x$ por $1$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int - \cos (2 x) x d x)$

Paso 7

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

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - - \int \cos (2 x) x d x)$

Paso 8

Simplifica.

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Paso 8.1

Multiplica $- 1$ por $- 1$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + 1 \int \cos (2 x) x d x)$

Paso 8.2

Multiplica $\int \cos (2 x) x d x$ por $1$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \int \cos (2 x) x d x)$

Paso 9

Integra por partes mediante la fórmula $\int u d v = u v - \int v d u$ , donde $u = x$ y $d v = \cos (2 x)$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + x (\frac{1}{2} \sin (2 x)) - \int \frac{1}{2} \sin (2 x) d x)$

Paso 10

Simplifica.

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Paso 10.1

Combina $\frac{1}{2}$ y $\sin (2 x)$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + x \frac{\sin (2 x)}{2} - \int \frac{1}{2} \sin (2 x) d x)$

Paso 10.2

Combina $x$ y $\frac{\sin (2 x)}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \int \frac{1}{2} \sin (2 x) d x)$

Paso 10.3

Combina $\frac{1}{2}$ y $\sin (2 x)$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \int \frac{\sin (2 x)}{2} d x)$

Paso 11

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

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - (\frac{1}{2} \int \sin (2 x) d x))$

Paso 12

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

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Paso 12.1

Deja $u = 2 x$ . Obtén $\frac{d u}{d x}$ .

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Paso 12.1.1

Diferencia $2 x$ .

$\frac{d}{d x} [2 x]$

Paso 12.1.2

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

$2 \frac{d}{d x} [x]$

Paso 12.1.3

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

$2 \cdot 1$

Paso 12.1.4

Multiplica $2$ por $1$ .

$2$

Paso 12.2

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

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \frac{1}{2} \int \sin (u) \frac{1}{2} d u)$

Paso 13

Combina $\sin (u)$ y $\frac{1}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \frac{1}{2} \int \frac{\sin (u)}{2} d u)$

Paso 14

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

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \frac{1}{2} (\frac{1}{2} \int \sin (u) d u))$

Paso 15

Simplifica.

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Paso 15.1

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

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \frac{1}{2 \cdot 2} \int \sin (u) d u)$

Paso 15.2

Multiplica $2$ por $2$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \frac{1}{4} \int \sin (u) d u)$

Paso 16

La integral de $\sin (u)$ con respecto a $u$ es $- \cos (u)$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \frac{1}{4} (- \cos (u) + C))$

Paso 17

Simplifica.

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Paso 17.1

Reescribe $\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \frac{1}{4} (- \cos (u) + C))$ como $\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4}) + C$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4}) + C$

Paso 17.2

Simplifica.

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Paso 17.2.1

Para escribir $- \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})$ como una fracción con un denominador común, multiplica por $\frac{2}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4}) \cdot \frac{2}{2} + C$

Paso 17.2.2

Combina $- \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})$ y $\frac{2}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} + \frac{- \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4}) \cdot 2}{2} + C$

Paso 17.2.3

Combina los numeradores sobre el denominador común.

$\frac{x^{3} \sin (2 x) - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4}) \cdot 2}{2} + C$

Paso 17.2.4

Multiplica $2$ por $- 1$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) - 2 (\frac{3}{2}) (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})}{2} + C$

Paso 17.2.5

Combina $- 2$ y $\frac{3}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{- 2 \cdot 3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})}{2} + C$

Paso 17.2.6

Multiplica $- 2$ por $3$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{- 6}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})}{2} + C$

Paso 17.2.7

Cancela el factor común de $- 6$ y $2$ .

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Paso 17.2.7.1

Factoriza $2$ de $- 6$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{2 \cdot - 3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})}{2} + C$

Paso 17.2.7.2

Cancela los factores comunes.

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Paso 17.2.7.2.1

Factoriza $2$ de $2$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{2 \cdot - 3}{2 (1)} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})}{2} + C$

Paso 17.2.7.2.2

Cancela el factor común.

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{2 \cdot - 3}{2 \cdot 1} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})}{2} + C$

Paso 17.2.7.2.3

Reescribe la expresión.

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{- 3}{1} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})}{2} + C$

Paso 17.2.7.2.4

Divide $- 3$ por $1$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) - 3 (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})}{2} + C$

Paso 18

Reemplaza todos los casos de $u$ con $2 x$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) - 3 (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (2 x)}{4})}{2} + C$

Paso 19

Simplifica.

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Paso 19.1

Simplifica el numerador.

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Paso 19.1.1

Aplica la propiedad distributiva.

$\frac{x^{3} \sin (2 x) - 3 (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2}) - 3 \frac{x \sin (2 x)}{2} - 3 \frac{\cos (2 x)}{4}}{2} + C$

Paso 19.1.2

Simplifica.

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Paso 19.1.2.1

Multiplica $- 3 (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2})$ .

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Paso 19.1.2.1.1

Multiplica $- 1$ por $- 3$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + 3 \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - 3 \frac{x \sin (2 x)}{2} - 3 \frac{\cos (2 x)}{4}}{2} + C$

Paso 19.1.2.1.2

Combina $3$ y $\frac{x^{2} \cos (2 x)}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{3 (x^{2} \cos (2 x))}{2} - 3 \frac{x \sin (2 x)}{2} - 3 \frac{\cos (2 x)}{4}}{2} + C$

Paso 19.1.2.2

Combina $- 3$ y $\frac{x \sin (2 x)}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{3 (x^{2} \cos (2 x))}{2} + \frac{- 3 (x \sin (2 x))}{2} - 3 \frac{\cos (2 x)}{4}}{2} + C$

Paso 19.1.2.3

Combina $- 3$ y $\frac{\cos (2 x)}{4}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{3 (x^{2} \cos (2 x))}{2} + \frac{- 3 (x \sin (2 x))}{2} + \frac{- 3 \cos (2 x)}{4}}{2} + C$

Paso 19.1.3

Simplifica cada término.

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Paso 19.1.3.1

Mueve el negativo al frente de la fracción.

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{3 x^{2} \cos (2 x)}{2} - \frac{3 x \sin (2 x)}{2} + \frac{- 3 \cos (2 x)}{4}}{2} + C$

Paso 19.1.3.2

Mueve el negativo al frente de la fracción.

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{3 x^{2} \cos (2 x)}{2} - \frac{3 x \sin (2 x)}{2} - \frac{3 \cos (2 x)}{4}}{2} + C$

Paso 19.2

Reordena los términos.

$\frac{1}{2} (x^{3} \sin (2 x) + \frac{3}{2} x^{2} \cos (2 x) - \frac{3}{2} x \sin (2 x) - \frac{3}{4} \cos (2 x)) + C$