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Potencias, raíces y funciones racionales

Integral de 1/x: fórmula, deducción y ejemplos

La integral de 1/x es ln|x| + C. Descubre por qué falla la regla de la potencia, de dónde sale el valor absoluto y cómo resolver 1/(ax + b) y f'/f.

Potencias, raíces y funciones racionales Actualizado 3 min de lectura

De un vistazo

\int \frac{1}{x}\,dx = \ln\lvert x\rvert + C
Antiderivada
\ln\lvert x\rvert + C
Válida para
x \ne 0
Forma lineal
\int \dfrac{1}{ax + b}\,dx = \dfrac{1}{a}\ln\lvert ax + b\rvert + C
Forma logarítmica
\int \dfrac{f'(x)}{f(x)}\,dx = \ln\lvert f(x)\rvert + C
Área de 1 a e
1
En esta página
  1. Gráfica de 1/x y su antiderivada
  2. Por qué falla la regla de la potencia
  3. De dónde sale el valor absoluto
  4. Comprobación derivando
  5. Variantes por sustitución
  6. Ejemplos resueltos
  7. Errores comunes

La integral de \dfrac{1}{x} es \ln\lvert x\rvert + C. Es la única potencia de x que la regla de la potencia inversa no puede resolver, y el logaritmo natural cubre ese hueco.

\int \frac{1}{x}\,dx = \ln\lvert x\rvert + C, \qquad x \ne 0

Gráfica de 1/x y su antiderivada

Área bajo y = 1/x entre 1 y e, con la antiderivada y = ln|x|
El área sombreada entre x = 1 y x = e es exactamente 1. Esta es una forma de definir el número e. La curva discontinua y = \ln\lvert x\rvert es la antiderivada a ambos lados de 0.

A la derecha, \frac{1}{x} > 0 y \ln x crece. A la izquierda, \frac{1}{x} < 0 y \ln\lvert x\rvert decrece al avanzar hacia la derecha. En los dos casos las pendientes coinciden con las alturas.

Por qué falla la regla de la potencia

La regla de la potencia inversa dice que \int x^n\,dx = \frac{x^{n+1}}{n+1} + C. Para \frac{1}{x} = x^{-1} daría \frac{x^0}{0}, que no está definido. Ninguna potencia de x tiene derivada x^{-1}, porque la derivada de x^0 = 1 es 0.

La función que sí tiene derivada \frac{1}{x} es el logaritmo natural. La página de la derivada de ln x demuestra que \frac{d}{dx}\ln x = \frac{1}{x} para x > 0.

De dónde sale el valor absoluto

Para x < 0, \ln x no está definido, pero \ln(-x) sí. Derívalo con la regla de la cadena:

\frac{d}{dx}\ln(-x) = \frac{1}{-x}\cdot(-1) = \frac{1}{x}

Así que \ln x funciona para x > 0 y \ln(-x) funciona para x < 0. Juntos forman \ln\lvert x\rvert.

Comprobación derivando

Para x > 0: \frac{d}{dx}\ln x = \frac{1}{x}. Para x < 0: \frac{d}{dx}\ln(-x) = \frac{1}{x}. Ambos dan \frac{1}{x}, así que \frac{d}{dx}\ln\lvert x\rvert = \frac{1}{x} para todo x \ne 0.

Variantes por sustitución

Con u = ax + b:

\int \frac{1}{ax + b}\,dx = \frac{1}{a}\ln\lvert ax + b\rvert + C

En general, siempre que el numerador sea la derivada del denominador, el resultado es un logaritmo:

\int \frac{f'(x)}{f(x)}\,dx = \ln\lvert f(x)\rvert + C

Este único patrón da la integral de tan x, la integral de cot x y la integral de x/(x² + 1).

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. \int \frac{5}{x}\,dx = 5\ln\lvert x\rvert + C.

Ejemplo 2. \int \frac{1}{3x - 2}\,dx = \frac{1}{3}\ln\lvert 3x - 2\rvert + C.

Ejemplo 3. \int \frac{2x + 3}{x^2 + 3x}\,dx = \ln\lvert x^2 + 3x\rvert + C, ya que el numerador es la derivada del denominador.

Ejemplo 4: definida, lado positivo. \int_1^2 \frac{1}{x}\,dx = \ln 2 - \ln 1 = \ln 2 \approx 0.693.

Ejemplo 5: definida, lado negativo. \int_{-3}^{-1} \frac{1}{x}\,dx = \ln\lvert -1\rvert - \ln\lvert -3\rvert = -\ln 3. El resultado es negativo porque ahí la curva está por debajo del eje.

Errores comunes

  1. Usar la regla de la potencia. \frac{x^0}{0} no tiene sentido. Usa \ln\lvert x\rvert.
  2. Quitar el valor absoluto cuando x puede ser negativo.
  3. Integrar atravesando el 0. \int_{-1}^{1}\frac{1}{x}\,dx no es \ln 1 - \ln 1 = 0. La integral diverge.
  4. Confundirla con \frac{1}{x^2}. \int \frac{1}{x^2}\,dx = -\frac{1}{x} + C, no un logaritmo. Consulta la integral de 1/x².
  5. Olvidar el \frac{1}{a} en \int \frac{1}{ax + b}\,dx.

Para una integral con logaritmos que va en sentido contrario, consulta la integral de ln x.

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Preguntas frecuentes

¿Cuál es la integral de 1/x?

La integral de \frac{1}{x} es \ln\lvert x\rvert + C. Para x > 0 puedes quitar las barras y escribir \ln x + C.

¿Por qué hay un valor absoluto en ln|x|?

\ln x solo existe para x > 0, pero \frac{1}{x} también existe para x < 0. Para x negativo, la derivada de \ln(-x) es \frac{-1}{-x} = \frac{1}{x}, así que \ln\lvert x\rvert cubre los dos lados.

¿Cuál es la integral de 1/(2x)?

Es \frac{1}{2}\ln\lvert x\rvert + C. Escribir \frac{1}{2}\ln\lvert 2x\rvert + C también es correcto, porque solo difiere en la constante \frac{1}{2}\ln 2.

¿Cuánto vale la integral de 1/x entre -1 y 1?

No existe. \frac{1}{x} tiene una discontinuidad infinita en 0, y las dos mitades de la integral impropia divergen.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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