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Productos e integración por partes

Integral de x sen x: fórmula, pasos y ejemplos

La integral de x sen x es sen x − x cos x + C. Los pasos de la integración por partes, la comprobación derivando, una gráfica y ejemplos como x² sen x.

Productos e integración por partes Actualizado 3 min de lectura

De un vistazo

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

La integral de x\sin x es \sin x - x\cos x + C. Es una potencia de x por una función trigonométrica, un problema clásico de integración por partes.

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

Gráfica de x sen x

y = x sen x con el área de 0 a π sombreada
El arco sombreado tiene área exactamente \pi. El siguiente arco, de \pi a 2\pi, queda bajo el eje con área con signo -3\pi, y cada arco posterior crece en 2\pi.

Cómo integrar x sen x paso a paso

La fórmula de la integración por partes es \int u\,dv = uv - \int v\,du.

  1. Elige las partes. u = x y dv = \sin x\,dx. En LIATE las algebraicas van antes que las trigonométricas.
  2. Halla du y v. du = dx y v = -\cos x, por la integral de sen x.
  3. Aplica la fórmula. \int x\sin x\,dx = x(-\cos x) - \int(-\cos x)\,dx = -x\cos x + \int\cos x\,dx
  4. Termina. \int\cos x\,dx = \sin x, así que \int x\sin x\,dx = -x\cos x + \sin x + C

Si eliges en cambio u = \sin x y dv = x\,dx, la integral que queda es \int\frac{x^2}{2}\cos x\,dx, con una potencia mayor. Esa es la señal para cambiar.

Comprobación derivando

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

Los términos en \cos x se cancelan, y la regla del producto aplicada a x\cos x aporta el x\sin x.

Integrales definidas

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

Integral Cálculo Valor
\int_0^{\pi/2} x\sin x\,dx F\!\left(\frac{\pi}{2}\right) - F(0) = 1 - 0 1
\int_0^{\pi} x\sin x\,dx F(\pi) - F(0) = \pi - 0 \pi
\int_\pi^{2\pi} x\sin x\,dx F(2\pi) - F(\pi) = -2\pi - \pi -3\pi
\int_0^{2\pi} x\sin x\,dx F(2\pi) - F(0) -2\pi

En general, el arco de k\pi a (k+1)\pi tiene área (2k+1)\pi, con signo (-1)^k. El área total (sin signo) de 0 a 2\pi es \pi + 3\pi = 4\pi.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: un ángulo escalado. \int x\sin 2x\,dx. Con u = x, dv = \sin 2x\,dx, v = -\frac{1}{2}\cos 2x:

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

Ejemplo 2: x al cuadrado, con el método tabular. Para \int x^2\sin x\,dx, deriva x^2 hasta llegar a 0 e integra \sin x a la vez, con signos alternos:

Signo Derivar Integrar
+ x^2 \sin x
- 2x -\cos x
+ 2 -\sin x
0 \cos x

Multiplica en diagonal:

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

Ejemplo 3: un volumen. Al girar el primer arco de y = \sin x (de 0 a \pi) alrededor del eje y, el método de las capas da

V = 2\pi\int_0^\pi x\sin x\,dx = 2\pi\cdot\pi = 2\pi^2

Consulta la guía de volúmenes de revolución para ver el planteamiento.

Ejemplo 4: un ángulo desplazado. \int x\sin(x + 1)\,dx = \sin(x+1) - x\cos(x+1) + C, ya que el interior tiene pendiente 1.

Errores comunes

  1. Equivocarse con v. \int\sin x\,dx = -\cos x, no \cos x. La mayoría de los errores en este problema son de signo.
  2. Perder el doble negativo. -\int(-\cos x)\,dx = +\int\cos x\,dx.
  3. Elegir u = \sin x. La integral que queda contiene entonces x^2.
  4. Olvidar \frac{1}{k} y \frac{1}{k^2} con \sin kx. Deriva tu resultado para comprobarlo.

Compárala con la integral de x cos x, que sigue los mismos pasos con signos distintos. Tienes más práctica en la guía de integración por partes.

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Preguntas frecuentes

¿Cuál es la integral de x sen x?

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

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

Vale \pi. La antiderivada vale \sin\pi - \pi\cos\pi = \pi arriba y 0 abajo.

¿Cuál es la integral de x² sen x?

Es -x^2\cos x + 2x\sin x + 2\cos x + C. Usa partes dos veces, o el método tabular.

¿Cuál es la integral de x sen(2x)?

Es -\frac{x}{2}\cos 2x + \frac{1}{4}\sin 2x + C. Usa partes con u = x y v = -\frac{1}{2}\cos 2x.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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