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Calcular la integral $\int\frac{\sqrt{x^2-25}}{x^3}dx$

Solución Paso a paso

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Respuesta Final

$\frac{\mathrm{arcsec}\left(\frac{x}{5}\right)}{10}+\frac{-\sqrt{x^2-25}}{2x^2}+C_0$
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Solución explicada paso por paso

Especifica el método de resolución

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Podemos resolver la integral $\int\frac{\sqrt{x^2-25}}{x^3}dx$ mediante el método de integración por sustitución trigonométrica. Tomamos el cambio de variable

$x=5\sec\left(\theta \right)$
2

Ahora, para poder reescribir $d\theta$ en términos de $dx$, necesitamos encontrar la derivada de $x$. Por lo tanto, necesitamos calcular $dx$, podemos hacerlo derivando la ecuación del paso anterior

$dx=5\sec\left(\theta \right)\tan\left(\theta \right)d\theta$
3

Sustituyendo en la integral original, obtenemos

$\int\frac{\frac{1}{25}\sqrt{25\sec\left(\theta \right)^2-25}\sec\left(\theta \right)\tan\left(\theta \right)}{\sec\left(\theta \right)^3}d\theta$
4

Simplificando

$\int\frac{\sqrt{25\sec\left(\theta \right)^2-25}\tan\left(\theta \right)}{25\sec\left(\theta \right)^{2}}d\theta$
5

Factoizar el polinomio $25\sec\left(\theta \right)^2-25$ por su máximo común divisor (MCD): $25$

$\int\frac{\sqrt{25\left(\sec\left(\theta \right)^2-1\right)}\tan\left(\theta \right)}{25\sec\left(\theta \right)^{2}}d\theta$
6

Aplicando la regla de potencia de un producto

$\int\frac{5\sqrt{\sec\left(\theta \right)^2-1}\tan\left(\theta \right)}{25\sec\left(\theta \right)^{2}}d\theta$
7

Aplicamos la identidad trigonométrica: $\sec\left(\theta \right)^2-1$$=\tan\left(\theta \right)^2$, donde $x=\theta $

$\int\frac{5\sqrt{\tan\left(\theta \right)^2}\tan\left(\theta \right)}{25\sec\left(\theta \right)^{2}}d\theta$
8

Sacar la parte constante ($5$) de la integral

$5\int\frac{\sqrt{\tan\left(\theta \right)^2}\tan\left(\theta \right)}{25\sec\left(\theta \right)^{2}}d\theta$
9

Simplificar $\sqrt{\tan\left(\theta \right)^2}$ aplicando la regla de potencia de una potencia: $\left(a^m\right)^n=a^{m\cdot n}$. En la expresión, $m$ es igual a $2$ y $n$ es igual a $\frac{1}{2}$

$5\int\frac{\tan\left(\theta \right)\tan\left(\theta \right)}{25\sec\left(\theta \right)^{2}}d\theta$
10

Al multiplicar dos potencias de igual base ($\tan\left(\theta \right)$), se pueden sumar los exponentes

$5\int\frac{\tan\left(\theta \right)^2}{25\sec\left(\theta \right)^{2}}d\theta$
11

Aplicamos la identidad trigonométrica: $\frac{\tan\left(\theta \right)^n}{\sec\left(\theta \right)^n}$$=\sin\left(\theta \right)^n$, donde $x=\theta $ y $n=2$

$5\int\frac{\sin\left(\theta \right)^2}{25}d\theta$
12

Sacar el término constante $\frac{1}{25}$ de la integral

$5\cdot \left(\frac{1}{25}\right)\int\sin\left(\theta \right)^2d\theta$
13

Simplificamos la expresión dentro de la integral

$\frac{1}{5}\int\sin\left(\theta \right)^2d\theta$
14

Aplicamos la regla: $\int\sin\left(\theta \right)^2dx$$=\frac{\theta }{2}-\frac{1}{4}\sin\left(2\theta \right)+C$, donde $x=\theta $

$\frac{1}{5}\left(\frac{\theta }{2}-\frac{1}{4}\sin\left(2\theta \right)\right)$
15

Expresar la variable $\theta$ términos de la variable original $x$

$\frac{1}{5}\left(\frac{\mathrm{arcsec}\left(\frac{x}{5}\right)}{2}-\frac{1}{4}\sin\left(2\theta \right)\right)$
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Aplicando la identidad del seno de doble ángulo: $\sin\left(2\theta\right)=2\sin\left(\theta\right)\cos\left(\theta\right)$

$\frac{1}{5}\left(\frac{\mathrm{arcsec}\left(\frac{x}{5}\right)}{2}-\frac{1}{2}\sin\left(\theta \right)\cos\left(\theta \right)\right)$
¿Por qué es sin(2x) = 2sin(x)cos(x) ?
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Expresar la variable $\theta$ términos de la variable original $x$

$\frac{1}{5}\left(\frac{\mathrm{arcsec}\left(\frac{x}{5}\right)}{2}+\frac{-5\sqrt{x^2-25}}{2x^2}\right)$
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Como la integral que estamos resolviendo es una integral indefinida, al terminar de integrar debemos añadir la constante de integración $C$

$\frac{1}{5}\left(\frac{\mathrm{arcsec}\left(\frac{x}{5}\right)}{2}+\frac{-5\sqrt{x^2-25}}{2x^2}\right)+C_0$
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Expandir y simplificar

$\frac{\mathrm{arcsec}\left(\frac{x}{5}\right)}{10}+\frac{-\sqrt{x^2-25}}{2x^2}+C_0$

Respuesta Final

$\frac{\mathrm{arcsec}\left(\frac{x}{5}\right)}{10}+\frac{-\sqrt{x^2-25}}{2x^2}+C_0$

Explora distintas formas de resolver este problema

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Gráfico de la Función

Gráfico de: $\frac{\mathrm{arcsec}\left(\frac{x}{5}\right)}{10}+\frac{-\sqrt{x^2-25}}{2x^2}+C_0$

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