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PAU · Matemáticas II · Análisis

Integrales

Calcular primitivas, integrales definidas y áreas.

PAU — Prueba de Acceso a la Universidad (Selectividad), modelo de MadridMatemáticas IIPeso: 40 % · 2 preguntas
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Qué evalúa

Primitivas (partes, racionales), regla de Barrow, áreas y teorema fundamental del cálculo.

Claves

Estrategia paso a paso

Trampas habituales

Ejemplo resuelto

Área entre $y=x$ e $y=x2-2x$: $\int03(3x-x2)\,dx=\frac{9}{2}$.

Preguntas de ejemplo

Intenta responder antes de abrir la solución.

Pregunta 1

Dificultad fácil≈ 18 min

(2 puntos) Se consideran las funciones $f(x)=x2-4$ y $g(x)=2x-1$.

a) (0,6 puntos) Halle los puntos de corte de las gráficas de $f$ y $g$.

b) (1,4 puntos) Calcule el área del recinto limitado por ambas gráficas.

2 puntos.

Ver solución modelo y criterios

Solución

a) $x2-4=2x-1\iff x2-2x-3=0\iff x=-1$ o $x=3$. Puntos: $(-1,-3)$ y $(3,5)$.

b) En $(-1,3)$ la recta está por encima (por ejemplo, en $x=0$: $g(0)=-1>f(0)=-4$):
$$A=\int-13\left[(2x-1)-(x2-4)\right]dx=\int-13\left(-x2+2x+3\right)dx=\left[-\frac{x3}{3}+x2+3x\right]-13$$
$$=(-9+9+9)-\left(\frac{1}{3}+1-3\right)=9+\frac{5}{3}=\frac{32}{3}\approx10{,}67\text{ u}2$$

Criterios de corrección

  • a) Ecuación y abscisas (0,4), puntos completos (0,2).
  • b) Determinar qué función está por encima (0,3), integral bien planteada (0,4), primitiva (0,4) y resultado $\frac{32}{3}$ (0,3).

Explicación

El área entre dos curvas es la integral de «la de arriba menos la de abajo» entre los cortes. Si se resta al revés sale $-\frac{32}{3}$: el área es siempre positiva.

Pregunta 2

Dificultad media≈ 18 min

(2 puntos)

a) (1 punto) Calcule $\displaystyle\int x\ln x\,dx$.

b) (1 punto) Calcule $\displaystyle\int01\frac{x}{x2+1}\,dx$.

2 puntos.

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Solución

a) Por partes, con $u=\ln x$, $dv=x\,dx$ ($du=\frac{1}{x}dx$, $v=\frac{x2}{2}$):
$$\int x\ln x\,dx=\frac{x2}{2}\ln x-\int\frac{x2}{2}\cdot\frac{1}{x}dx=\frac{x2}{2}\ln x-\frac{x2}{4}+C$$

b) Es casi inmediata del tipo $\frac{u'}{u}$: $\int\frac{x}{x2+1}dx=\frac{1}{2}\ln\left(x2+1\right)+C$.
$$\int01\frac{x}{x2+1}dx=\frac{1}{2}\ln2-\frac{1}{2}\ln1=\frac{\ln2}{2}\approx0{,}347$$

Criterios de corrección

  • a) Elección correcta de $u$ y $dv$ (0,4), aplicación de la fórmula (0,3) y primitiva con la constante (0,3).
  • b) Primitiva logarítmica (0,6) y Barrow (0,4).

Explicación

Con $x\ln x$ hay que derivar el logaritmo ($u=\ln x$); al revés, la integral se complica. En b) basta multiplicar y dividir por 2 para tener la derivada del denominador.

Pregunta 3

Dificultad difícil≈ 23 min

a) (1 punto) Calcular $\displaystyle\int\frac{x+5}{x2+x-2}\,dx$.

b) (0,75 puntos) Calcular $\displaystyle\int0\pi/2x\cdot\cos x\,dx$.

c) (0,75 puntos) Sea $F(x)=\displaystyle\int0x(t2-4)\cdot et\,dt$. Hallar las abscisas de los extremos relativos de $F$, indicando si son máximos o mínimos.

2,5 puntos.

Ver solución modelo y criterios

Solución

a) $x2+x-2=(x-1)(x+2)$. Descomposición: $\frac{x+5}{(x-1)(x+2)}=\frac{A}{x-1}+\frac{B}{x+2}$, con $x+5=A(x+2)+B(x-1)$.
$x=1$: $6=3A$ → $A=2$. $x=-2$: $3=-3B$ → $B=-1$.
$\displaystyle\int\frac{x+5}{x2+x-2}\,dx=2\ln|x-1|-\ln|x+2|+C$.

b) Por partes: $u=x$, $dv=\cos x\,dx$ → $du=dx$, $v=\operatorname{sen} x$.
$$\int x\cdot\cos x\,dx=x\cdot\operatorname{sen} x-\int\operatorname{sen} x\,dx=x\cdot\operatorname{sen} x+\cos x$$
$\left[x\cdot\operatorname{sen} x+\cos x\right]0\pi/2=\left(\frac{\pi}{2}\cdot1+0\right)-(0+1)=\frac{\pi}{2}-1$.

c) Por el teorema fundamental del cálculo (el integrando es continuo), $F'(x)=(x2-4)\cdot ex$.
$F'(x)=0$ ⇔ $x=-2$ o $x=2$ ($ex>0$ siempre).
Signo de $F'$: positivo en $(-\infty, -2)$, negativo en $(-2, 2)$, positivo en $(2, +\infty)$.
$F$ tiene un máximo relativo en $x=-2$ y un mínimo relativo en $x=2$.
Los valores no se piden, pero si se calculan: una primitiva del integrando es $(t2-2t-2)\cdot et$, así que $F(x)=(x2-2x-2)\cdot ex+2$; $F(-2)=2+6e-2\approx2{,}81$ y $F(2)=2-2e2\approx-12{,}78$.

Criterios de corrección

  • a) Factorización y descomposición en fracciones simples (0,5); coeficientes $A=2$, $B=-1$ (0,25); primitiva con valor absoluto y constante (0,25).
  • b) Integración por partes (0,5) y regla de Barrow con resultado $\frac{\pi}{2}-1$ (0,25).
  • c) Aplicación del teorema fundamental del cálculo (0,4) y clasificación de extremos justificada (0,35).

Explicación

En c) no hace falta calcular la integral: el teorema fundamental del cálculo da directamente $F'(x)=(x2-4)ex$. El signo de $F'$ solo depende de $x2-4$, porque $ex$ siempre es positivo.

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