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Integrales trigonométricas

Integral de sec² x: fórmula, deducción y ejemplos

La integral de sec² x es tan x + C. Por qué sale de la derivada de tan x, la forma sec²(ax), integrales relacionadas como tan² x y csc² x, y ejemplos.

Integrales trigonométricas Actualizado 3 min de lectura

De un vistazo

\int \sec^2 x\,dx = \tan x + C
Antiderivada
\tan x + C
También se escribe
\int\dfrac{1}{\cos^2 x}\,dx = \tan x + C
Forma lineal
\int\sec^2(ax + b)\,dx = \dfrac{1}{a}\tan(ax + b) + C
Pareja con cosecante
\int\csc^2 x\,dx = -\cot x + C
De 0 a π/4
1
En esta página
  1. Gráfica de sec² x y su antiderivada
  2. Deducción
  3. Comprobación derivando
  4. Integrales definidas
  5. Variantes por sustitución
  6. Integrales relacionadas
  7. Ejemplo resuelto: dos respuestas correctas
  8. Errores comunes

La integral de \sec^2 x es \tan x + C. Es la inversión directa de la derivada de \tan x, así que no hay nada que calcular, solo un hecho que reconocer.

\int \sec^2 x\,dx = \tan x + C

Gráfica de sec² x y su antiderivada

Área bajo y = sec² x entre 0 y π/4, con la antiderivada y = tan x
El área sombreada es \tan\frac{\pi}{4} - \tan 0 = 1. La curva discontinua y = \tan x es más empinada donde \sec^2 x es mayor, cerca de las asíntotas.

El valor mínimo de \sec^2 x es 1, en x = 0. Coincide con la pendiente de \tan x en el origen.

Deducción

  1. Recuerda la derivada de tan x: \frac{d}{dx}\tan x = \sec^2 x.
  2. Así que \tan x es una antiderivada de \sec^2 x.
  3. Añade C: \int\sec^2 x\,dx = \tan x + C.

Si has olvidado por qué \frac{d}{dx}\tan x = \sec^2 x, aplica la regla del cociente a \frac{\sin x}{\cos x}:

\frac{\cos x\cdot\cos x - \sin x\cdot(-\sin x)}{\cos^2 x} = \frac{1}{\cos^2 x} = \sec^2 x

Comprobación derivando

\frac{d}{dx}(\tan x + C) = \sec^2 x \checkmark

Integrales definidas

\int_0^{\pi/4}\sec^2 x\,dx = 1, \qquad \int_0^{\pi/3}\sec^2 x\,dx = \sqrt{3}, \qquad \int_{-\pi/4}^{\pi/4}\sec^2 x\,dx = 2

Cualquier intervalo que llegue a \pm\frac{\pi}{2} da una integral impropia divergente, porque \tan x \to \infty.

Variantes por sustitución

\int\sec^2(ax + b)\,dx = \frac{1}{a}\tan(ax + b) + C

Ejemplo 1. \int\sec^2(5x)\,dx = \frac{1}{5}\tan(5x) + C.

Ejemplo 2. \int x\sec^2(x^2)\,dx = \frac{1}{2}\tan(x^2) + C, con u = x^2.

Ejemplo 3. \int\sec^2 x\,e^{\tan x}\,dx = e^{\tan x} + C, con u = \tan x.

Ejemplo 4. \int\frac{\sec^2 x}{\tan x}\,dx = \ln\lvert\tan x\rvert + C, ya que el numerador es la derivada del denominador.

Integrales relacionadas

Las integrales trigonométricas de "cuadrados" y "productos" salen directamente de las seis derivadas trigonométricas:

Integral Resultado Viene de
\int\sec^2 x\,dx \tan x + C (\tan x)' = \sec^2 x
\int\csc^2 x\,dx -\cot x + C (\cot x)' = -\csc^2 x
\int\sec x\tan x\,dx \sec x + C (\sec x)' = \sec x\tan x
\int\csc x\cot x\,dx -\csc x + C (\csc x)' = -\csc x\cot x
\int\tan^2 x\,dx \tan x - x + C \tan^2 x = \sec^2 x - 1

La última fila se resuelve en la página de la integral de tan² x, y la tercera en la de la integral de sec x tan x.

Ejemplo resuelto: dos respuestas correctas

Calcula \int\sec^2 x\tan x\,dx.

  • Con u = \tan x, du = \sec^2 x\,dx: el resultado es \frac{\tan^2 x}{2} + C.
  • Con u = \sec x, du = \sec x\tan x\,dx: el integrando es \sec x\cdot(\sec x\tan x), así que el resultado es \frac{\sec^2 x}{2} + C.

Las dos son correctas. Como \sec^2 x = \tan^2 x + 1, los dos resultados solo difieren en la constante \frac{1}{2}, que queda absorbida por C.

Errores comunes

  1. Usar la regla de la potencia: \frac{\sec^3 x}{3}. La regla de la potencia necesita que esté presente la derivada del interior, \sec x\tan x. No lo está.
  2. Responder 2\sec x\cdot\sec x\tan x. Esa es la derivada de \sec^2 x.
  3. Confundirla con \int\sec x\,dx. Esa vale \ln\lvert\sec x + \tan x\rvert + C. Consulta la integral de sec x.
  4. Olvidar dividir entre a en \int\sec^2(ax)\,dx.

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Preguntas frecuentes

¿Cuál es la integral de sec² x?

La integral de \sec^2 x es \tan x + C.

¿Cuál es la integral de 1/cos² x?

Como \frac{1}{\cos^2 x} = \sec^2 x, es \tan x + C.

¿Cuál es la integral de sec²(3x)?

Es \frac{1}{3}\tan(3x) + C.

¿Cuál es la integral de sec² x tan x?

Con u = \tan x es \frac{\tan^2 x}{2} + C. Con u = \sec x se obtiene \frac{\sec^2 x}{2} + C. Las dos son correctas, ya que difieren en la constante \frac{1}{2}.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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