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Integrar la función $\frac{\left(1-x^2\right)^2}{x^2+2x+1}$

Solución Paso a paso

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Respuesta final al problema

$\frac{\left(1-x^2\right)^2}{-x-1}-\frac{4}{3}x^{3}-2x^2+C_0$
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Solución explicada paso por paso

Especifica el método de resolución

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Calcular la integral

$\int\frac{\left(1-x^2\right)^2}{x^2+2x+1}dx$
2

Reescribimos la fracción $\frac{\left(1-x^2\right)^2}{x^2+2x+1}$ dentro de la integral como un producto de dos funciones: $\left(1-x^2\right)^2\frac{1}{x^2+2x+1}$

$\int\left(1-x^2\right)^2\frac{1}{x^2+2x+1}dx$
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Podemos resolver la integral $\int\left(1-x^2\right)^2\frac{1}{x^2+2x+1}dx$ aplicando el método de integración por partes para calcular la integral del producto de dos funciones, mediante la siguiente fórmula

$\displaystyle\int u\cdot dv=u\cdot v-\int v \cdot du$
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Primero, identificamos $u$ y calculamos $du$

$\begin{matrix}\displaystyle{u=\left(1-x^2\right)^2}\\ \displaystyle{du=-4\left(1-x^2\right)xdx}\end{matrix}$
5

Luego, identificamos $dv$ y calculamos $v$

$\begin{matrix}\displaystyle{dv=\frac{1}{x^2+2x+1}dx}\\ \displaystyle{\int dv=\int \frac{1}{x^2+2x+1}dx}\end{matrix}$
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Calcular la integral

$v=\int\frac{1}{x^2+2x+1}dx$
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El trinomio $x^2+2x+1$ es un trinomio cuadrado perfecto, ya que su discriminante es igual a cero

$\Delta=b^2-4ac=2^2-4\left(1\right)\left(1\right) = 0$
8

Utilizamos la relación del trinomio cuadrado perfecto

$a^2+2ab+b^2=(a+b)^2,\:donde\:a=\sqrt{x^2}\:y\:b=\sqrt{1}$
9

Factorizamos el trinomio cuadrado perfecto

$\int\frac{1}{\left(x+1\right)^{2}}dx$
10

Podemos resolver la integral $\int\frac{1}{\left(x+1\right)^{2}}dx$ aplicando el método de integración por sustitución o cambio de variable. Primero, debemos identificar una sección dentro de la integral con una nueva variable (llamémosla $u$), que al ser sustituida, haga la expresión dentro de la integral más sencilla. Podemos ver que $x+1$ es un buen candidato para ser sustituido. A continuación, definamos la variable $u$ y asignémosle el candidato

$u=x+1$
11

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

$du=dx$
12

Sustituimos $u$ y $dx$ en la integral y luego simplificamos

$\int\frac{1}{u^{2}}du$
13

Reescribimos el exponente usando la regla de la potenciación $\frac{a^m}{a^n}=a^{m-n}$, donde en este caso $m=0$

$\int u^{-2}du$
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La integral de una potencia está dada por la siguiente fórmula, $\displaystyle\int x^n dx=\frac{x^{n+1}}{n+1}$, donde $n$ representa a un número o función constante, como $-2$

$\frac{u^{-1}}{-1}$
15

Aplicando la propiedad de la potenciación, $\displaystyle a^{-n}=\frac{1}{a^n}$, donde $n$ es un número

$\frac{\frac{1}{u}}{-1}$
16

Reemplazar $u$ por el valor que le fue asignado en la sustitución en un principio: $x+1$

$\frac{1}{-\left(x+1\right)}$
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Con los valores obtenidos, sustituimos $u$, $du$ y $v$ en la fórmula general

$\frac{\left(1-x^2\right)^2}{-x-1}+4\int\frac{\left(1-x^2\right)x}{-x-1}dx$
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La integral $4\int\frac{\left(1-x^2\right)x}{-x-1}dx$ da como resultado: $-2x^2-\frac{4}{3}x^{3}$

$-2x^2-\frac{4}{3}x^{3}$
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Después de juntar los resultados de todas las integrales individuales, obtenemos

$\frac{\left(1-x^2\right)^2}{-x-1}-\frac{4}{3}x^{3}-2x^2$
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Como la integral que estamos resolviendo es una integral indefinida, al terminar de integrar debemos añadir la constante de integración $C$

$\frac{\left(1-x^2\right)^2}{-x-1}-\frac{4}{3}x^{3}-2x^2+C_0$

Respuesta final al problema

$\frac{\left(1-x^2\right)^2}{-x-1}-\frac{4}{3}x^{3}-2x^2+C_0$

Explora distintas formas de resolver este problema

Resolver un ejercicio matemático utilizando diferentes métodos es importante porque mejora la comprensión, fomenta el pensamiento crítico, permite múltiples soluciones y desarrolla distintas estrategias de resolución de problemas. Leer más

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Gráfico de la Función

Gráfico de: $\frac{\left(1-x^2\right)^2}{-x-1}-\frac{4}{3}x^{3}-2x^2+C_0$

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Tema Principal: Cálculo Integral

La integración es un concepto fundamental del cálculo y del análisis matemático. Básicamente, una integral es una generalización de la suma de infinitos sumandos, infinitamente pequeños.

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