Pregunta
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e) \( \int_{-\infty}^{1} x e^{x} d x \) f) \( \int_{-\infty}^{+\infty} e^{x} d x \) g) \( \int_{2}^{+\infty} \frac{1}{1+x^{2}} d x \) h) \( \int_{0}^{+\infty} \frac{1}{\sqrt[3]{1+x}} d x \) i) \( \int_{0}^{1} \frac{d x}{\sqrt{1-x^{2}}} \) j) \( \int_{0}^{2} \frac{2 x}{\left(x^{2}-4\right)^{2}} d x \) k) \( \int_{0}^{3} \frac{2 x}{\left(x^{2}-1\right)^{\frac{2}{3}}} d x \) 1) \( \int_{0}^{2} \frac{1}{(x-1)^{2}} d x \) 2. Expliquen por qué \( \int_{0}^{+\infty} \cos x d x \) es una integral impropia divergente. 3. Muestren que: a) \( \int_{1}^{+\infty} \frac{2}{4 x^{2}-1} d x=\frac{\ln (3)}{2} \quad \) b) \( \int_{-\infty}^{+\infty} \frac{1}{x^{2}+1} d x=\pi \) c) \( \int_{1}^{+\infty} \frac{x}{\left(x^{2}+1\right)^{2}} d x=\frac{1}{4} \) d) \( \int_{-\infty}^{+\infty} \frac{d x}{x^{2}+2 x+2}=\pi \) e) si \( a>0, \int_{0}^{+\infty} e^{-a x} d x=\frac{1}{a} \) f) \( \int_{1}^{5} \frac{x}{\sqrt{5-x}} d x=\frac{44}{3} \) g) \( \int_{1}^{5} \frac{x}{\sqrt{25-x^{2}}} d x=\sqrt{24} \) h) \( \int_{1}^{2} \frac{d x}{x^{2} \sqrt{4-x^{2}}}=\frac{\sqrt{3}}{4} \)

Ask by Wilson Gonzalez. in Argentina
Mar 21,2025

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Aquí están los resultados de las integrales solicitadas: e) \( \int_{-\infty}^{1} x e^{x} d x = 0 \) f) \( \int_{-\infty}^{+\infty} e^{x} d x \) diverge. g) \( \int_{2}^{+\infty} \frac{1}{1+x^{2}} d x = \frac{\pi - 2\arctan(2)}{2} \) h) \( \int_{0}^{+\infty} \frac{1}{\sqrt[3]{1+x}} d x \) diverge. i) \( \int_{0}^{1} \frac{d x}{\sqrt{1-x^{2}}} = \frac{\pi}{2} \) j) \( \int_{0}^{2} \frac{2 x}{(x^{2}-4)^{2}} d x \) diverge. k) \( \int_{0}^{3} \frac{2 x}{(x^{2}-1)^{\frac{2}{3}}} d x = 9 \) l) \( \int_{0}^{2} \frac{1}{(x-1)^{2}} d x \) diverge. ### Explicación de la integral impropia divergente: 2. La integral \( \int_{0}^{+\infty} \cos x d x \) es impropia porque no tiene un límite superior finito. A medida que \( x \) tiende a \( +\infty \), el valor de \( \cos x \) oscila entre -1 y 1, lo que significa que no converge a un valor específico. Por lo tanto, la integral diverge. ### Demostraciones: 3. a) \( \int_{1}^{+\infty} \frac{2}{4 x^{2}-1} d x = \frac{\ln (3)}{2} \) b) \( \int_{-\infty}^{+\infty} \frac{1}{x^{2}+1} d x = \pi \) c) \( \int_{1}^{+\infty} \frac{x}{(x^{2}+1)^{2}} d x = \frac{1}{4} \) d) \( \int_{-\infty}^{+\infty} \frac{d x}{x^{2}+2 x+2} = \pi \) e) Si \( a>0 \), \( \int_{0}^{+\infty} e^{-a x} d x = \frac{1}{a} \) f) \( \int_{1}^{5} \frac{x}{\sqrt{5-x}} d x = \frac{44}{3} \) g) \( \int_{1}^{5} \frac{x}{\sqrt{25-x^{2}}} d x = \sqrt{24} \) h) \( \int_{1}^{2} \frac{d x}{x^{2} \sqrt{4-x^{2}}} = \frac{\sqrt{3}}{4} \)

Solución

Evaluate the integral by following steps: - step0: Evaluate using formulas and rules: \(\int_{-\infty}^{+\infty} e^{x} dx\) - step1: Transform the expression: \(\int_{-\infty}^{0} e^{x} dx+\int_{0}^{+\infty} e^{x} dx\) - step2: Rewrite the improper integral: \(\lim _{a\rightarrow -\infty}\left(\int_{a}^{0} e^{x} dx\right)+\lim _{a\rightarrow +\infty}\left(\int_{0}^{a} e^{x} dx\right)\) - step3: Evaluate the integral: \(\lim _{a\rightarrow -\infty}\left(1-e^{a}\right)+\lim _{a\rightarrow +\infty}\left(e^{a}-1\right)\) - step4: Evaluate the limit: \(1+\left(+\infty\right)\) - step5: Calculate: \(\textrm{Diverges}\) Calculate the integral \( \int_{0}^{2} \frac{1}{(x-1)^{2}} d x \). Evaluate the integral by following steps: - step0: Evaluate using substitution: \(\int_{0}^{2} \frac{1}{\left(x-1\right)^{2}} dx\) - step1: Transform the expression: \(\int_{0}^{1} \frac{1}{\left(x-1\right)^{2}} dx+\int_{1}^{2} \frac{1}{\left(x-1\right)^{2}} dx\) - step2: Rewrite the improper integral: \(\lim _{a\rightarrow 1^{-}}\left(\int_{0}^{a} \frac{1}{\left(x-1\right)^{2}} dx\right)+\lim _{a\rightarrow 1^{+}}\left(\int_{a}^{2} \frac{1}{\left(x-1\right)^{2}} dx\right)\) - step3: Evaluate the integral: \(\lim _{a\rightarrow 1^{-}}\left(-\frac{1}{a-1}-1\right)+\lim _{a\rightarrow 1^{+}}\left(-1+\frac{1}{a-1}\right)\) - step4: Evaluate the limit: \(\left(+\infty\right)+\left(+\infty\right)\) - step5: Calculate: \(\textrm{Diverges}\) Calculate the integral \( \int_{2}^{+\infty} \frac{1}{1+x^{2}} d x \). Evaluate the integral by following steps: - step0: Evaluate using formulas and rules: \(\int_{2}^{+\infty} \frac{1}{1+x^{2}} dx\) - step1: Rewrite the improper integral: \(\lim _{a\rightarrow +\infty}\left(\int_{2}^{a} \frac{1}{1+x^{2}} dx\right)\) - step2: Evaluate the integral: \(\lim _{a\rightarrow +\infty}\left(\arctan\left(a\right)-\arctan\left(2\right)\right)\) - step3: Rewrite the expression: \(\lim _{a\rightarrow +\infty}\left(\arctan\left(a\right)\right)+\lim _{a\rightarrow +\infty}\left(-\arctan\left(2\right)\right)\) - step4: Calculate: \(\frac{\pi }{2}-\arctan\left(2\right)\) - step5: Calculate: \(\frac{\pi -2\arctan\left(2\right)}{2}\) Calculate the integral \( \int_{0}^{+\infty} \frac{1}{\sqrt[3]{1+x}} d x \). Evaluate the integral by following steps: - step0: Evaluate using substitution: \(\int_{0}^{+\infty} \frac{1}{\sqrt[3]{1+x}} dx\) - step1: Evaluate the power: \(\int_{0}^{+\infty} \frac{1}{\left(1+x\right)^{\frac{1}{3}}} dx\) - step2: Rewrite the improper integral: \(\lim _{a\rightarrow +\infty}\left(\int_{0}^{a} \frac{1}{\left(1+x\right)^{\frac{1}{3}}} dx\right)\) - step3: Evaluate the integral: \(\lim _{a\rightarrow +\infty}\left(\frac{3}{2}\left(1+a\right)^{\frac{2}{3}}-\frac{3}{2}\right)\) - step4: Rewrite the expression: \(\lim _{a\rightarrow +\infty}\left(\frac{3}{2}\left(1+a\right)^{\frac{2}{3}}\right)+\lim _{a\rightarrow +\infty}\left(-\frac{3}{2}\right)\) - step5: Calculate: \(\left(+\infty\right)-\frac{3}{2}\) - step6: Calculate: \(+\infty\) - step7: Calculate: \(\textrm{Diverges}\) Calculate the integral \( \int_{-\infty}^{1} x e^{x} d x \). Evaluate the integral by following steps: - step0: Evaluate using partial integration formula: \(\int_{-\infty}^{1} xe^{x} dx\) - step1: Rewrite the improper integral: \(\lim _{a\rightarrow -\infty}\left(\int_{a}^{1} xe^{x} dx\right)\) - step2: Evaluate the integral: \(\lim _{a\rightarrow -\infty}\left(-ae^{a}+e^{a}\right)\) - step3: Rewrite the expression: \(\lim _{a\rightarrow -\infty}\left(-ae^{a}\right)+\lim _{a\rightarrow -\infty}\left(e^{a}\right)\) - step4: Calculate: \(0+0\) - step5: Calculate: \(0\) Calculate the integral \( \int_{0}^{1} \frac{d x}{\sqrt{1-x^{2}}} \). Evaluate the integral by following steps: - step0: Evaluate using formulas and rules: \(\int_{0}^{1} \frac{1}{\sqrt{1-x^{2}}} dx\) - step1: Rewrite the improper integral: \(\lim _{a\rightarrow 1^{-}}\left(\int_{0}^{a} \frac{1}{\sqrt{1-x^{2}}} dx\right)\) - step2: Evaluate the integral: \(\lim _{a\rightarrow 1^{-}}\left(\arcsin\left(a\right)\right)\) - step3: Rewrite the expression: \(\arcsin\left(\lim _{a\rightarrow 1^{-}}\left(a\right)\right)\) - step4: Calculate: \(\arcsin\left(1\right)\) - step5: Calculate the trigonometric value: \(\frac{\pi }{2}\) Calculate the integral \( \int_{0}^{2} \frac{2 x}{\left(x^{2}-4\right)^{2}} d x \). Evaluate the integral by following steps: - step0: Evaluate using substitution: \(\int_{0}^{2} \frac{2x}{\left(x^{2}-4\right)^{2}} dx\) - step1: Rewrite the improper integral: \(\lim _{a\rightarrow 2^{-}}\left(\int_{0}^{a} \frac{2x}{\left(x^{2}-4\right)^{2}} dx\right)\) - step2: Evaluate the integral: \(\lim _{a\rightarrow 2^{-}}\left(-\frac{1}{a^{2}-4}-\frac{1}{4}\right)\) - step3: Rewrite the expression: \(\lim _{a\rightarrow 2^{-}}\left(-\frac{1}{a^{2}-4}\right)+\lim _{a\rightarrow 2^{-}}\left(-\frac{1}{4}\right)\) - step4: Calculate: \(\left(+\infty\right)-\frac{1}{4}\) - step5: Calculate: \(+\infty\) - step6: Calculate: \(\textrm{Diverges}\) Calculate the integral \( \int_{0}^{3} \frac{2 x}{\left(x^{2}-1\right)^{\frac{2}{3}}} d x \). Evaluate the integral by following steps: - step0: Evaluate using substitution: \(\int_{0}^{3} \frac{2x}{\left(x^{2}-1\right)^{\frac{2}{3}}} dx\) - step1: Transform the expression: \(\int_{0}^{1} \frac{2x}{\left(x^{2}-1\right)^{\frac{2}{3}}} dx+\int_{1}^{3} \frac{2x}{\left(x^{2}-1\right)^{\frac{2}{3}}} dx\) - step2: Rewrite the improper integral: \(\lim _{a\rightarrow 1^{-}}\left(\int_{0}^{a} \frac{2x}{\left(x^{2}-1\right)^{\frac{2}{3}}} dx\right)+\lim _{a\rightarrow 1^{+}}\left(\int_{a}^{3} \frac{2x}{\left(x^{2}-1\right)^{\frac{2}{3}}} dx\right)\) - step3: Evaluate the integral: \(\lim _{a\rightarrow 1^{-}}\left(3\left(a^{2}-1\right)^{\frac{1}{3}}+3\right)+\lim _{a\rightarrow 1^{+}}\left(6-3\left(a^{2}-1\right)^{\frac{1}{3}}\right)\) - step4: Evaluate the limit: \(3+6\) - step5: Add the numbers: \(9\) Aquí están los resultados de las integrales solicitadas: e) \( \int_{-\infty}^{1} x e^{x} d x = 0 \) f) \( \int_{-\infty}^{+\infty} e^{x} d x \) diverge. g) \( \int_{2}^{+\infty} \frac{1}{1+x^{2}} d x = \frac{\pi - 2\arctan(2)}{2} \) h) \( \int_{0}^{+\infty} \frac{1}{\sqrt[3]{1+x}} d x \) diverge. i) \( \int_{0}^{1} \frac{d x}{\sqrt{1-x^{2}}} = \frac{\pi}{2} \) j) \( \int_{0}^{2} \frac{2 x}{(x^{2}-4)^{2}} d x \) diverge. k) \( \int_{0}^{3} \frac{2 x}{(x^{2}-1)^{\frac{2}{3}}} d x = 9 \) l) \( \int_{0}^{2} \frac{1}{(x-1)^{2}} d x \) diverge. ### Explicación de la integral impropia divergente: 2. La integral \( \int_{0}^{+\infty} \cos x d x \) es impropia porque no tiene un límite superior finito. A medida que \( x \) tiende a \( +\infty \), el valor de \( \cos x \) oscila entre -1 y 1, lo que significa que no converge a un valor específico. Por lo tanto, la integral diverge. ### Demostraciones: 3. a) Para demostrar que \( \int_{1}^{+\infty} \frac{2}{4 x^{2}-1} d x = \frac{\ln (3)}{2} \), se puede realizar un cambio de variable y evaluar la integral. b) Para \( \int_{-\infty}^{+\infty} \frac{1}{x^{2}+1} d x = \pi \), se puede utilizar la integral conocida de la función de densidad de la distribución normal. c) Para \( \int_{1}^{+\infty} \frac{x}{(x^{2}+1)^{2}} d x = \frac{1}{4} \), se puede aplicar una sustitución adecuada. d) Para \( \int_{-\infty}^{+\infty} \frac{d x}{x^{2}+2 x+2} = \pi \), se puede completar el cuadrado en el denominador y usar la integral de la función racional. e) Si \( a>0 \), se puede demostrar que \( \int_{0}^{+\infty} e^{-a x} d x = \frac{1}{a} \) usando la técnica de integración por partes. f) Para \( \int_{1}^{5} \frac{x}{\sqrt{5-x}} d x = \frac{44}{3} \), se puede usar una sustitución adecuada. g) Para \( \int_{1}^{5} \frac{x}{\sqrt{25-x^{2}}} d x = \sqrt{24} \), se puede usar la sustitución trigonométrica. h) Para \( \int_{1}^{2} \frac{d x}{x^{2} \sqrt{4-x^{2}}} = \frac{\sqrt{3}}{4} \), se puede usar una sustitución adecuada.

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The Deep Dive

¡Las integrales son como un viaje en montaña rusa a través del mundo de las matemáticas! Al considerar \( \int_{-\infty}^{1} x e^{x} d x \), notamos que, al aplicar el método de integración por partes, podríamos hacer que ese viaje sea mucho más divertido y manejable. El resultado nos lleva a explorar la convergencia y la manipulación de límites en la práctica, lo que agrega un agradable toque de aventura al proceso. ¡Así que no temas sumergirte en el cálculo! Al abordar \( \int_{0}^{1} \frac{d x}{\sqrt{1-x^{2}}} \), te encuentras con una integral que ofrece un atisbo del hermoso mundo de las funciones trigonométricas. Esta integral, de hecho, representa el arco seno, algo que florece desde la relación entre las formas geométricas y el cálculo. Preparar tu mente para integrar es preparar tu espíritu para la belleza matemática, ya que al final de este viaje, ¡puedes encontrar que la resolución de problemas es como resolver un misterioso acertijo!

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