Cálculo Ejemplos

$\int x^{3} \sin (x^{4}) d x$

Paso 1

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

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Paso 1.1

Deja $u_{1} = x^{2}$ . Obtén $\frac{d u_{1}}{d x}$ .

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Paso 1.1.1

Diferencia $x^{2}$ .

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

Paso 1.1.2

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

$2 x$

Paso 1.2

Reescribe el problema mediante $u_{1}$ y $d u_{1}$ .

$\int u_{1} \sin ({\sqrt{u_{1}}}^{4}) \frac{1}{2} d u_{1}$

Paso 2

Simplifica.

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Paso 2.1

Reescribe ${\sqrt{u_{1}}}^{4}$ como ${u_{1}}^{2}$ .

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Paso 2.1.1

Usa $\sqrt[n]{a^{x}} = a^{\frac{x}{n}}$ para reescribir $\sqrt{u_{1}}$ como ${u_{1}}^{\frac{1}{2}}$ .

$\int u_{1} \sin ({({u_{1}}^{\frac{1}{2}})}^{4}) \frac{1}{2} d u_{1}$

Paso 2.1.2

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

$\int u_{1} \sin ({u_{1}}^{\frac{1}{2} \cdot 4}) \frac{1}{2} d u_{1}$

Paso 2.1.3

Combina $\frac{1}{2}$ y $4$ .

$\int u_{1} \sin ({u_{1}}^{\frac{4}{2}}) \frac{1}{2} d u_{1}$

Paso 2.1.4

Cancela el factor común de $4$ y $2$ .

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Paso 2.1.4.1

Factoriza $2$ de $4$ .

$\int u_{1} \sin ({u_{1}}^{\frac{2 \cdot 2}{2}}) \frac{1}{2} d u_{1}$

Paso 2.1.4.2

Cancela los factores comunes.

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Paso 2.1.4.2.1

Factoriza $2$ de $2$ .

$\int u_{1} \sin ({u_{1}}^{\frac{2 \cdot 2}{2 (1)}}) \frac{1}{2} d u_{1}$

Paso 2.1.4.2.2

Cancela el factor común.

$\int u_{1} \sin ({u_{1}}^{\frac{2 \cdot 2}{2 \cdot 1}}) \frac{1}{2} d u_{1}$

Paso 2.1.4.2.3

Reescribe la expresión.

$\int u_{1} \sin ({u_{1}}^{\frac{2}{1}}) \frac{1}{2} d u_{1}$

Paso 2.1.4.2.4

Divide $2$ por $1$ .

$\int u_{1} \sin ({u_{1}}^{2}) \frac{1}{2} d u_{1}$

Paso 2.2

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

$\int \frac{u_{1}}{2} \sin ({u_{1}}^{2}) d u_{1}$

Paso 2.3

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

$\int \frac{u_{1} \sin ({u_{1}}^{2})}{2} d u_{1}$

Paso 3

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

$\frac{1}{2} \int u_{1} \sin ({u_{1}}^{2}) d u_{1}$

Paso 4

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

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Paso 4.1

Deja $u_{2} = {u_{1}}^{2}$ . Obtén $\frac{d u_{2}}{d u_{1}}$ .

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Paso 4.1.1

Diferencia ${u_{1}}^{2}$ .

$\frac{d}{d u_{1}} [{u_{1}}^{2}]$

Paso 4.1.2

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

$2 u_{1}$

Paso 4.2

Reescribe el problema mediante $u_{2}$ y $d u_{2}$ .

$\frac{1}{2} \int \sin (u_{2}) \frac{1}{2} d u_{2}$

Paso 5

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

$\frac{1}{2} \int \frac{\sin (u_{2})}{2} d u_{2}$

Paso 6

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

$\frac{1}{2} (\frac{1}{2} \int \sin (u_{2}) d u_{2})$

Paso 7

Simplifica.

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Paso 7.1

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

$\frac{1}{2 \cdot 2} \int \sin (u_{2}) d u_{2}$

Paso 7.2

Multiplica $2$ por $2$ .

$\frac{1}{4} \int \sin (u_{2}) d u_{2}$

Paso 8

La integral de $\sin (u_{2})$ con respecto a $u_{2}$ es $- \cos (u_{2})$ .

$\frac{1}{4} (- \cos (u_{2}) + C)$

Paso 9

Simplifica.

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Paso 9.1

Simplifica.

$\frac{1}{4} (- \cos (u_{2})) + C$

Paso 9.2

Combina $\frac{1}{4}$ y $\cos (u_{2})$ .

$- \frac{\cos (u_{2})}{4} + C$

Paso 10

Vuelve a sustituir para cada variable de sustitución de la integración.

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Paso 10.1

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

$- \frac{\cos ({u_{1}}^{2})}{4} + C$

Paso 10.2

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

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

Paso 11

Simplifica.

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Paso 11.1

Multiplica los exponentes en ${(x^{2})}^{2}$ .

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Paso 11.1.1

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

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

Paso 11.1.2

Multiplica $2$ por $2$ .

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

Paso 11.2

Reordena los términos.

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