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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.
Respondido por UpStudy AI y revisado por un tutor profesional

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