Ejercicios resueltos de sustitución trigonométrica
12 ejercicios de sustitución trigonométrica con respuestas y soluciones completas para √(a²−x²), √(a²+x²), √(x²−a²) y completar el cuadrado.
Técnicas de integración Actualizado 4 min de lectura
De un vistazo
- Ejercicios
- 12, con respuestas y soluciones completas
- Nivel
- Cálculo 2
- Necesitas
- Integrales trigonométricas y las identidades pitagóricas
- Idea principal
- Elige x de modo que la expresión bajo la raíz se convierta en el cuadrado perfecto de una función trigonométrica
- Practica con números nuevos
- Lección de sustitución trigonométrica
En esta página
Estos ejercicios de sustitución trigonométrica cubren las tres formas estándar, algunos casos que salen directamente por fórmula, integrales definidas y completar el cuadrado. Intenta cada uno primero. Las respuestas van primero para que puedas comprobar rápido, y luego las soluciones completas.
Elige la sustitución según la forma que hay bajo la raíz:
| Expresión | Sustitución | Identidad que se usa |
|---|---|---|
| \sqrt{a^2 - x^2} | x = a\sin\theta | 1 - \sin^2\theta = \cos^2\theta |
| \sqrt{a^2 + x^2} | x = a\tan\theta | 1 + \tan^2\theta = \sec^2\theta |
| \sqrt{x^2 - a^2} | x = a\sec\theta | \sec^2\theta - 1 = \tan^2\theta |
Ejercicios
Por fórmula
- \displaystyle\int\frac{1}{\sqrt{4 - x^2}}\,dx
- \displaystyle\int\frac{1}{9 + x^2}\,dx
- \displaystyle\int\frac{1}{\sqrt{x^2 + 9}}\,dx
Sustituciones completas
- \displaystyle\int\sqrt{1 - x^2}\,dx
- \displaystyle\int\frac{x^2}{\sqrt{9 - x^2}}\,dx
- \displaystyle\int\frac{1}{x^2\sqrt{4 - x^2}}\,dx
- \displaystyle\int\frac{1}{(x^2 + 4)^{3/2}}\,dx
- \displaystyle\int\frac{\sqrt{x^2 - 1}}{x}\,dx para x > 1
Integrales definidas
- \displaystyle\int_0^1\sqrt{1 - x^2}\,dx
- \displaystyle\int_0^2\frac{1}{x^2 + 4}\,dx
Completa primero el cuadrado
- \displaystyle\int\frac{1}{x^2 + 2x + 5}\,dx
- \displaystyle\int\frac{1}{\sqrt{3 - 2x - x^2}}\,dx
Respuestas
| Ejercicio | Respuesta |
|---|---|
| 1 | \arcsin\dfrac{x}{2} + C |
| 2 | \dfrac{1}{3}\arctan\dfrac{x}{3} + C |
| 3 | \ln\left\lvert x + \sqrt{x^2 + 9}\right\rvert + C |
| 4 | \dfrac{1}{2}\left(\arcsin x + x\sqrt{1 - x^2}\right) + C |
| 5 | \dfrac{9}{2}\arcsin\dfrac{x}{3} - \dfrac{x}{2}\sqrt{9 - x^2} + C |
| 6 | -\dfrac{\sqrt{4 - x^2}}{4x} + C |
| 7 | \dfrac{x}{4\sqrt{x^2 + 4}} + C |
| 8 | \sqrt{x^2 - 1} - \operatorname{arcsec} x + C |
| 9 | \dfrac{\pi}{4} |
| 10 | \dfrac{\pi}{8} |
| 11 | \dfrac{1}{2}\arctan\dfrac{x + 1}{2} + C |
| 12 | \arcsin\dfrac{x + 1}{2} + C |
Soluciones paso a paso
1. Sea x = 2\sin\theta, así que dx = 2\cos\theta\,d\theta y \sqrt{4 - x^2} = 2\cos\theta. La integral queda \int d\theta = \theta:
2. Sea x = 3\tan\theta, así que dx = 3\sec^2\theta\,d\theta y 9 + x^2 = 9\sec^2\theta:
3. Sea x = 3\tan\theta, así que \sqrt{x^2 + 9} = 3\sec\theta y la integral queda \int\sec\theta\,d\theta = \ln|\sec\theta + \tan\theta|. Por el triángulo, \sec\theta = \frac{\sqrt{x^2+9}}{3} y \tan\theta = \frac{x}{3}. El \ln 3 que aparece se suma a la constante:
4. Sea x = \sin\theta, así que la integral es \int\cos^2\theta\,d\theta = \frac{\theta}{2} + \frac{\sin\theta\cos\theta}{2}. Con \sin\theta = x y \cos\theta = \sqrt{1 - x^2}, obtienes la respuesta de la tabla. Consulta la integral de √(1 − x²).
5. Sea x = 3\sin\theta. Entonces x^2 = 9\sin^2\theta, dx = 3\cos\theta\,d\theta y \sqrt{9 - x^2} = 3\cos\theta:
Como \sin\theta\cos\theta = \frac{x}{3}\cdot\frac{\sqrt{9 - x^2}}{3}, esto da \frac{9}{2}\arcsin\frac{x}{3} - \frac{x}{2}\sqrt{9 - x^2} + C.
6. Sea x = 2\sin\theta. Entonces x^2 = 4\sin^2\theta y \sqrt{4 - x^2} = 2\cos\theta:
Por el triángulo, \cot\theta = \frac{\sqrt{4 - x^2}}{x}.
7. Sea x = 2\tan\theta. Entonces (x^2 + 4)^{3/2} = 8\sec^3\theta y dx = 2\sec^2\theta\,d\theta:
Por el triángulo, \sin\theta = \frac{x}{\sqrt{x^2 + 4}}.
8. Sea x = \sec\theta, así que dx = \sec\theta\tan\theta\,d\theta y \sqrt{x^2 - 1} = \tan\theta:
Con \tan\theta = \sqrt{x^2 - 1} y \theta = \operatorname{arcsec} x, obtienes la respuesta.
9. Usa el ejercicio 4: \frac{1}{2}\left(\arcsin 1 + 0\right) - 0 = \frac{\pi}{4}. Es un cuarto del círculo unidad.
10. Usa \frac{1}{2}\arctan\frac{x}{2}:
11. Completa el cuadrado: x^2 + 2x + 5 = (x + 1)^2 + 4. Con u = x + 1, queda \int\frac{du}{u^2 + 4} = \frac{1}{2}\arctan\frac{u}{2}.
12. Completa el cuadrado: 3 - 2x - x^2 = 4 - (x + 1)^2. Con u = x + 1, queda \int\frac{du}{\sqrt{4 - u^2}} = \arcsin\frac{u}{2}.
Errores comunes en estos ejercicios
- Elegir la sustitución equivocada. \sqrt{9 + x^2} necesita \tan, no \sin. Fíjate en el patrón de signos de la tabla de arriba.
- Olvidar sustituir dx. Con x = 2\tan\theta, dx = 2\sec^2\theta\,d\theta. Dejar dx sin cambiar estropea todos los pasos siguientes.
- Dejar la respuesta en \theta. Una integral indefinida en x necesita una respuesta en x. Usa el triángulo.
- Usar sustitución trigonométrica cuando basta un cambio de variable simple. \int x\sqrt{4 - x^2}\,dx sale en una línea con u = 4 - x^2.
Sigue practicando
Para practicar sin límite con corrección al instante, prueba la lección de sustitución trigonométrica y la lección para elegir una estrategia. Para ver ejemplos resueltos, lee la guía de sustitución trigonométrica. Para funciones racionales sin raíces, sigue con los ejercicios de fracciones parciales.
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