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Calcular la integral trigonométrica $\int\frac{1}{\cos\left(x\right)-1}dx$

Solución Paso a paso

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Respuesta final al problema

$\frac{1}{\tan\left(\frac{x}{2}\right)}+C_0$
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Solución explicada paso por paso

¿Cómo debo resolver este problema?

  • Integrar por método tabular
  • Integrar por fracciones parciales
  • Integrar por cambio de variable
  • Integrar por partes
  • Integrar por sustitución trigonométrica
  • Integración por Sustitución de Weierstrass
  • Integrar usando identidades trigonométricas
  • Integrar usando integrales básicas
  • Producto de Binomios con Término Común
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Podemos resolver la integral $\int\frac{1}{\cos\left(x\right)-1}dx$ aplicando el método de sustitución de Weierstrass (también conocido como sustitución universal ó sustitución de tangente del ángulo medio) el cual convierte una integral de funciones trigonométricas en una función racional de $t$ usando la sustitución

$t=\tan\left(\frac{x}{2}\right)$
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Por lo tanto

$\sin x=\frac{2t}{1+t^{2}},\:\cos x=\frac{1-t^{2}}{1+t^{2}},\:\mathrm{y}\:\:dx=\frac{2}{1+t^{2}}dt$
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Sustituyendo en la integral original, obtenemos

$\int\frac{1}{\frac{1-t^{2}}{1+t^{2}}-1}\frac{2}{1+t^{2}}dt$
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Simplificando

$\int\frac{2}{1-t^{2}-\left(1+t^{2}\right)}dt$
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La integral de una función por una constante ($2$) es igual a la constante multiplicada por la integral de la función

$2\int\frac{1}{1-t^{2}-\left(1+t^{2}\right)}dt$
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Resolver el producto $-\left(1+t^{2}\right)$

$2\int\frac{1}{1-t^{2}-1-t^{2}}dt$
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Simplificamos la expresión

$2\int\frac{1}{-2t^{2}}dt$
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Sacar el término constante $\frac{1}{-2}$ de la integral

$2\cdot \left(\frac{1}{-2}\right)\int\frac{1}{t^{2}}dt$
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Multiplicar la fracción y el término en $2\cdot \left(\frac{1}{-2}\right)\int\frac{1}{t^{2}}dt$

$-\int\frac{1}{t^{2}}dt$
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Reescribimos el exponente usando la regla de la potenciación $\frac{a^m}{a^n}=a^{m-n}$, donde en este caso $m=0$

$-\int t^{-2}dt$
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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 $-2$

$-\frac{t^{-1}}{-1}$
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Simplificamos la expresión

$\frac{1}{t}$
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Reemplazar $t$ por el valor que le fue asignado en la sustitución en un principio: $\tan\left(\frac{x}{2}\right)$

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

$\frac{1}{\tan\left(\frac{x}{2}\right)}+C_0$

Respuesta final al problema

$\frac{1}{\tan\left(\frac{x}{2}\right)}+C_0$

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: $\frac{1}{\tan\left(\frac{x}{2}\right)}+C_0$

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Tema Principal: Integrales Trigonométricas

Son aquellas integrales que contienen funciones trigonométricas y sus potencias. Para su mejor comprensión y resolución, se han separado en diferentes casos.

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