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Productos e integración por partes

Integral de x² eˣ: fórmula, pasos y ejemplos

La integral de x² eˣ es (x² − 2x + 2)eˣ + C. Integración por partes dos veces, el método tabular, la comprobación, una gráfica y el patrón de xⁿ eˣ.

Productos e integración por partes Actualizado 3 min de lectura

De un vistazo

\int x^2 e^x\,dx = (x^2 - 2x + 2)e^x + C
Antiderivada
(x^2 - 2x + 2)e^x + C
Método
Integración por partes dos veces, o el método tabular
De 0 a 1
e - 2 \approx 0.718
Con e^(−x), de 0 a ∞
\int_0^\infty x^2e^{-x}\,dx = 2
Patrón
\int x^3e^x\,dx = (x^3 - 3x^2 + 6x - 6)e^x + C
En esta página
  1. Gráfica de x² eˣ y su antiderivada
  2. Cómo integrar x² eˣ paso a paso
  3. El atajo tabular
  4. Comprobación derivando
  5. Integrales definidas
  6. El patrón de xⁿ eˣ
  7. Ejemplos resueltos
  8. Errores comunes

La integral de x^2e^x es (x^2 - 2x + 2)e^x + C. Requiere integración por partes dos veces, y es el ejemplo clásico del método tabular.

\int x^2e^x\,dx = (x^2 - 2x + 2)e^x + C

Gráfica de x² eˣ y su antiderivada

y = x² eˣ y su antiderivada (x² − 2x + 2)eˣ
El área sombreada de 0 a 1 es e - 2 \approx 0.718. La antiderivada discontinua siempre es creciente, porque x^2e^x \ge 0 para todo x.

Cómo integrar x² eˣ paso a paso

Usa la integración por partes, \int u\,dv = uv - \int v\,du, con la potencia de x como u cada vez.

  1. Primera vuelta. u = x^2, dv = e^x\,dx, así que du = 2x\,dx y v = e^x: \int x^2e^x\,dx = x^2e^x - 2\int xe^x\,dx
  2. Segunda vuelta. Ya sabes que \int xe^x\,dx = (x-1)e^x por la integral de x eˣ. Si no, usa otra vez u = x, dv = e^x\,dx.
  3. Junta todo. x^2e^x - 2(x - 1)e^x + C = (x^2 - 2x + 2)e^x + C

El atajo tabular

Cuando un factor se anula al derivarlo varias veces y el otro es fácil de integrar una y otra vez, monta una tabla. Deriva x^2 en la columna izquierda, integra e^x en la derecha y añade signos alternos:

Signo Derivar Integrar
+ x^2 e^x
- 2x e^x
+ 2 e^x
0 e^x

Multiplica cada entrada de la izquierda por la entrada de la derecha de la fila siguiente, con el signo de la fila de la izquierda:

+x^2e^x - 2xe^x + 2e^x = (x^2 - 2x + 2)e^x

La lección de partes repetidas y LIATE practica este método.

Comprobación derivando

\frac{d}{dx}\Big[(x^2 - 2x + 2)e^x\Big] = (2x - 2)e^x + (x^2 - 2x + 2)e^x = x^2e^x

Todo se cancela menos x^2. Una buena forma de recordar el resultado: el polinomio p(x) = x^2 - 2x + 2 cumple p + p' = x^2.

Integrales definidas

De 0 a 1:

\Big[(x^2 - 2x + 2)e^x\Big]_0^1 = (1)e - (2)(1) = e - 2 \approx 0.718

De −∞ a 0: cuando x \to -\infty, (x^2 - 2x + 2)e^x \to 0, así que la integral vale 2 - 0 = 2.

Con una exponencial decreciente. \int x^2e^{-x}\,dx = -(x^2 + 2x + 2)e^{-x} + C, así que

\int_0^\infty x^2e^{-x}\,dx = 0 - (-2) = 2 = 2!

Es un caso del resultado de la función Gamma \int_0^\infty x^ne^{-x}\,dx = n!. Consulta las integrales impropias para ver por qué el límite en el infinito es 0.

El patrón de xⁿ eˣ

Cada potencia extra de x añade una fila a la tabla:

Integral Resultado
\int e^x\,dx e^x + C
\int xe^x\,dx (x - 1)e^x + C
\int x^2e^x\,dx (x^2 - 2x + 2)e^x + C
\int x^3e^x\,dx (x^3 - 3x^2 + 6x - 6)e^x + C

El polinomio es x^n menos su derivada más su segunda derivada, y así sucesivamente, con signos alternos.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: una exponencial más rápida. \int x^2e^{2x}\,dx. En el método tabular la columna derecha es e^{2x}, \frac{1}{2}e^{2x}, \frac{1}{4}e^{2x}, \frac{1}{8}e^{2x}:

\frac{x^2}{2}e^{2x} - \frac{2x}{4}e^{2x} + \frac{2}{8}e^{2x} + C = \left(\frac{x^2}{2} - \frac{x}{2} + \frac{1}{4}\right)e^{2x} + C

Ejemplo 2: un polinomio de segundo grado. \int(x^2 + 1)e^x\,dx. Aquí p = x^2 + 1, y el patrón da (p - p' + p'')e^x = (x^2 + 1 - 2x + 2)e^x = (x^2 - 2x + 3)e^x + C.

Ejemplo 3: primero un cambio de variable. \int x^3e^{x^2}\,dx. Sea w = x^2, dw = 2x\,dx, así que la integral es \frac{1}{2}\int we^w\,dw = \frac{1}{2}(x^2 - 1)e^{x^2} + C.

Errores comunes

  1. Pararse tras una vuelta. x^2e^x - 2\int xe^x\,dx todavía contiene una integral.
  2. Perder el factor 2. La primera vuelta saca 2x, y el 2 multiplica todo el segundo resultado.
  3. Signos equivocados en la tabla. Los signos alternan +, -, + empezando por la fila de arriba.
  4. Elegir u = e^x. La potencia de x sube en lugar de bajar.

Más práctica: los ejercicios de integración por partes.

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Preguntas frecuentes

¿Cuál es la integral de x² eˣ?

Es (x^2 - 2x + 2)e^x + C, que desarrollada queda x^2e^x - 2xe^x + 2e^x + C.

¿Cuál es la integral de x² e^(−x)?

Es -(x^2 + 2x + 2)e^{-x} + C. De 0 a \infty vale 2.

¿Cuántas veces se usa la integración por partes con x² eˣ?

Dos. La primera vuelta convierte x^2 en 2x, y la segunda convierte 2x en 2. Después solo queda \int e^x\,dx.

¿Cuál es la integral de x³ eˣ?

Es (x^3 - 3x^2 + 6x - 6)e^x + C. Usa el método tabular con las tres derivadas no nulas de x^3.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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