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Productos e integración por partes

Integral de x cos x: fórmula, pasos y ejemplos

La integral de x cos x es x sen x + cos x + C. Integración por partes paso a paso, la comprobación, una gráfica, integrales definidas y ejemplos como x² cos x.

Productos e integración por partes Actualizado 3 min de lectura

De un vistazo

\int x\cos x\,dx = x\sin x + \cos x + C
Antiderivada
x\sin x + \cos x + C
Método
Integración por partes con u = x, dv = \cos x\,dx
De 0 a π/2
\frac{\pi}{2} - 1 \approx 0.571
De 0 a π
-2
Con cos(kx)
\int x\cos kx\,dx = \frac{x}{k}\sin kx + \frac{1}{k^2}\cos kx + C
En esta página
  1. Gráfica de x cos x y su antiderivada
  2. Cómo integrar x cos x paso a paso
  3. Comprobación derivando
  4. Integrales definidas
  5. Ejemplos resueltos
  6. Errores comunes

La integral de x\cos x es x\sin x + \cos x + C. Igual que x\sin x, es una potencia de x por una función trigonométrica, así que la integración por partes con u = x la resuelve en un paso.

\int x\cos x\,dx = x\sin x + \cos x + C

Gráfica de x cos x y su antiderivada

y = x cos x y su antiderivada x sen x + cos x
El área sombreada de 0 a \frac{\pi}{2} es \frac{\pi}{2} - 1 \approx 0.571. La antiderivada discontinua tiene máximos y mínimos justo donde x\cos x pasa por cero.

Cómo integrar x cos x paso a paso

Usa la integración por partes, \int u\,dv = uv - \int v\,du.

  1. Elige las partes. u = x y dv = \cos x\,dx.
  2. Halla du y v. du = dx y v = \sin x, por la integral de cos x.
  3. Aplica la fórmula. \int x\cos x\,dx = x\sin x - \int\sin x\,dx
  4. Termina. \int\sin x\,dx = -\cos x, y al restarla se obtiene +\cos x: \int x\cos x\,dx = x\sin x + \cos x + C

u = x es la elección correcta porque su derivada es 1, lo que elimina la x. Elegir u = \cos x subiría la potencia a x^2.

Comprobación derivando

\frac{d}{dx}\left(x\sin x + \cos x\right) = \sin x + x\cos x - \sin x = x\cos x

El \sin x de la regla del producto cancela el -\sin x que sale de \cos x.

Integrales definidas

Sea F(x) = x\sin x + \cos x.

Integral Cálculo Valor
\int_0^{\pi/2} x\cos x\,dx \left(\frac{\pi}{2} + 0\right) - (0 + 1) \frac{\pi}{2} - 1
\int_0^{\pi} x\cos x\,dx (0 - 1) - (0 + 1) -2
\int_{\pi/2}^{3\pi/2} x\cos x\,dx \left(-\frac{3\pi}{2}\right) - \frac{\pi}{2} -2\pi
\int_{-a}^{a} x\cos x\,dx integrando impar 0

La última fila usa la simetría: x\cos x es impar (una función impar por una par), así que las áreas de los dos lados se cancelan.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: un ángulo escalado. \int x\cos 3x\,dx. Con u = x y v = \frac{1}{3}\sin 3x:

\frac{x}{3}\sin 3x - \frac{1}{3}\int\sin 3x\,dx = \frac{x}{3}\sin 3x + \frac{1}{9}\cos 3x + C

Ejemplo 2: x al cuadrado. \int x^2\cos x\,dx. Primera vuelta con u = x^2, v = \sin x:

\int x^2\cos x\,dx = x^2\sin x - 2\int x\sin x\,dx

La integral de x sen x es \sin x - x\cos x, así que

\int x^2\cos x\,dx = x^2\sin x + 2x\cos x - 2\sin x + C

Ejemplo 3: un factor lineal. \int(2x - 1)\cos x\,dx. Con u = 2x - 1, du = 2\,dx:

(2x-1)\sin x - 2\int\sin x\,dx = (2x - 1)\sin x + 2\cos x + C

Ejemplo 4: un coeficiente de Fourier. En las series de Fourier aparecen integrales como \int_{-\pi}^{\pi}x\cos(nx)\,dx. El integrando es impar, así que el resultado es 0 para todo número natural n, sin necesidad de partes.

Ejemplo 5: un producto escondido. \int x\cos^2 x\,dx. Escribe \cos^2 x = \frac{1 + \cos 2x}{2} (consulta la integral de cos² x), y entonces

\int\frac{x}{2}\,dx + \frac{1}{2}\int x\cos 2x\,dx = \frac{x^2}{4} + \frac{x}{4}\sin 2x + \frac{1}{8}\cos 2x + C

Errores comunes

  1. Escribir x\sin x - \cos x. Lo que queda es -\int\sin x\,dx = -(-\cos x) = +\cos x.
  2. Confundirla con x\sin x. Aquí v = \sin x sin cambio de signo; con x\sin x, v = -\cos x.
  3. Integrar factor a factor. \frac{x^2}{2}\sin x no es el resultado; derívalo para ver por qué.
  4. Perder el \frac{1}{k^2} del segundo término cuando el ángulo es kx.

Para practicar más, prueba los ejercicios de integración por partes.

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Preguntas frecuentes

¿Cuál es la integral de x cos x?

Es x\sin x + \cos x + C.

¿Cuánto vale la integral de x cos x entre 0 y π?

Vale -2. La antiderivada vale \pi\cdot 0 + \cos\pi = -1 en \pi y 0 + \cos 0 = 1 en 0, así que el resultado es -1 - 1 = -2.

¿Cuál es la integral de x² cos x?

Es x^2\sin x + 2x\cos x - 2\sin x + C. Usa partes dos veces, empezando con u = x^2.

¿Cuál es la integral de x cos(3x)?

Es \frac{x}{3}\sin 3x + \frac{1}{9}\cos 3x + C.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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