Ejercicio

$\int\sqrt{-4x^2-20x-9}dx$

Solución explicada paso por paso

1

Reescribir la expresión $\sqrt{-4x^2-20x-9}$ que está dentro de la integral en forma factorizada

$\int\sqrt{4\left(-\left(x+\frac{5}{2}\right)^2+4\right)}dx$
2

Reescribir la expresión $\sqrt{4\left(-\left(x+\frac{5}{2}\right)^2+4\right)}$ que está dentro de la integral en forma factorizada

$\int2\sqrt{-\left(x+\frac{5}{2}\right)^2+4}dx$
3

Podemos resolver la integral $\int2\sqrt{-\left(x+\frac{5}{2}\right)^2+4}dx$ mediante el método de integración por sustitución trigonométrica. Tomamos el cambio de variable

$x=2\sin\left(\theta \right)-\frac{5}{2}$
4

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

$dx=2\cos\left(\theta \right)d\theta$
5

Sustituyendo en la integral original, obtenemos

$\int4\sqrt{-\left(2\sin\left(\theta \right)+\frac{0}{2}\right)^2+4}\cos\left(\theta \right)d\theta$
6

Simplificando

$\int4\sqrt{-\left(2\sin\left(\theta \right)\right)^2+4}\cos\left(\theta \right)d\theta$
7

Aplicando la regla de potencia de un producto

$\int4\sqrt{- 4\sin\left(\theta \right)^2+4}\cos\left(\theta \right)d\theta$
8

Factorizando por $4$

$\int4\sqrt{4\left(1-\sin\left(\theta \right)^2\right)}\cos\left(\theta \right)d\theta$
9

Aplicando la regla de potencia de un producto

$\int4\cdot 2\sqrt{1-\sin\left(\theta \right)^2}\cos\left(\theta \right)d\theta$
10

Aplicando la identidad trigonométrica: $1-\sin\left(\theta \right)^2 = \cos\left(\theta \right)^2$

$\int4\cdot 2\sqrt{\cos\left(\theta \right)^2}\cos\left(\theta \right)d\theta$
¿Por qué es 1 - sin(x)^2 = cos(x)^2 ?
11

La integral de una función multiplicada por una constante ($4$) es igual a la constante multiplicada por la integral de la función

$4\int\sqrt{\cos\left(\theta \right)^2}\cos\left(\theta \right)d\theta$
12

Simplificar $\sqrt{\cos\left(\theta \right)^2}$ 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 $\frac{1}{2}$

$4\int\cos\left(\theta \right)\cos\left(\theta \right)d\theta$
13

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

$4\int\cos\left(\theta \right)^2d\theta$
14

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

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

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

$4\left(\frac{1}{2}\arcsin\left(\frac{x+\frac{5}{2}}{2}\right)+\frac{1}{4}\sin\left(2\theta \right)\right)$
16

Aplicando la identidad del seno de doble ángulo: $\sin\left(2\theta\right)=2\sin\left(\theta\right)\cos\left(\theta\right)$

$4\left(\frac{1}{2}\arcsin\left(\frac{x+\frac{5}{2}}{2}\right)+2\left(\frac{1}{4}\right)\sin\left(\theta \right)\cos\left(\theta \right)\right)$
¿Por qué es sin(2x) = 2sin(x)cos(x) ?
17

Multiplicar la fracción y el término en $2\left(\frac{1}{4}\right)\sin\left(\theta \right)\cos\left(\theta \right)$

$4\left(\frac{1}{2}\arcsin\left(\frac{x+\frac{5}{2}}{2}\right)+\frac{1}{2}\sin\left(\theta \right)\cos\left(\theta \right)\right)$
18

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

$4\left(\frac{1}{2}\arcsin\left(\frac{x+\frac{5}{2}}{2}\right)+\frac{\left(x+\frac{5}{2}\right)\sqrt{-\left(x+\frac{5}{2}\right)^2+4}}{8}\right)$
19

Como la integral que estamos resolviendo es una integral indefinida, al terminar de integrar debemos añadir la constante de integración $C$

$4\left(\frac{1}{2}\arcsin\left(\frac{x+\frac{5}{2}}{2}\right)+\frac{\left(x+\frac{5}{2}\right)\sqrt{-\left(x+\frac{5}{2}\right)^2+4}}{8}\right)+C_0$

Respuesta final al problema

$4\left(\frac{1}{2}\arcsin\left(\frac{x+\frac{5}{2}}{2}\right)+\frac{\left(x+\frac{5}{2}\right)\sqrt{-\left(x+\frac{5}{2}\right)^2+4}}{8}\right)+C_0$

¿Cómo debo resolver este problema?

  • Elige una opción
  • Integrar por fracciones parciales
  • Integrar por cambio de variable
  • Integrar por partes
  • Integrar por método tabular
  • Integrar por sustitución trigonométrica
  • Integración por Sustitución de Weierstrass
  • Integrar usando identidades trigonométricas
  • Integrar usando integrales básicas
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asin
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acot
asec
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sinh
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coth
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