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En la Sección 5.1, vimos que la integral definida de una dada función en un intervalo está asociada al área (neta) entre su gráfico y las rectas , y . Consultemos la Figura 5.2.
Con base en esta noción geométrica, podemos inferir las siguientes propiedades de integración para funciones integrables y :
Integral degenerada
| (5.26) |
Multiplicación por escalar
| (5.27) |
Suma/resta
| (5.28) |
Superposición/concatenación de intervalos
| (5.29) |
Cotas inferior y superior
| (5.30) |
Sean y funciones integrables tales que
| (5.31) | |||
| (5.32) | |||
| (5.33) |
Entonces, veamos los siguientes casos:
| (5.34) | |||
| (5.35) |
| (5.36) |
| (5.37) | |||
| (5.38) |
| (5.39) | |||
| (5.40) | |||
| (5.41) |
| (5.42) | |||
| (5.43) |
Recordando que , tenemos por la propiedad e) anterior que
| (5.44) | |||
| (5.45) |
Con base en la noción de integral, se define la media de una función en el intervalo por
| (5.46) |
en caso de que sea integrable en dicho intervalo.
Si es continua en , entonces existe tal que
| (5.47) |
Veamos una idea de la demostración. Por la propiedad e) de integración anterior, tenemos
| (5.48) |
Ahora, por el teorema del valor intermedio (Teorema 2.6.1), tenemos que asume todos los valores entre sus valores mínimo y máximo. Por tanto, existe tal que
| (5.49) |
∎
Sea una función continua en , , y
| (5.50) |
entonces tiene al menos un cero en ese intervalo. De hecho, por el teorema del valor medio para integrales, existe tal que
| (5.51) | |||
| (5.52) |
Sea una función integrable y la función definida por
| (5.53) |
para algún número real dado .
Si es continua en , entonces la función
| (5.54) |
es continua en y diferenciable en , siendo
| (5.55) |
Veamos la idea de la demostración. Por la definición de derivada, tenemos
| (5.56) | |||
| (5.57) | |||
| (5.58) |
Ahora, por el teorema del valor medio para integrales (Teorema 5.2.1), existe tal que
| (5.59) | |||
| (5.60) |
Observemos que cuando y, por lo tanto, tenemos
| (5.61) | |||
| (5.62) | |||
| (5.63) |
∎
La parte I del teorema fundamental del cálculo (Teorema 5.2.2) muestra que la integral de una función (continua) es una función tal que
| (5.66) |
Decimos que es una primativa de la función .
Observemos que si es una primitiva de , entonces
| (5.67) |
también es primitiva de para cualquier constante , es decir
| (5.68) | |||
| (5.69) | |||
| (5.70) | |||
| (5.71) |
Además, del Corolario 4.3.2 del teorema del valor medio para derivadas, tenemos que cualesquiera dos primitivas de una misma función difieren solo en una constante.
Con esto, definimos la integral indefinida de respecto a por
| (5.72) |
donde es cualquier primitiva de y una constante indeterminada.
Si es continua en y es cualquier primitiva de , entonces
| (5.73) |
Veamos la idea de la demostración. La parte I del teorema fundamental del cálculo (Teorema 5.2.2) nos garantiza la existencia de
| (5.74) |
Sea, entonces, una primitiva cualquiera de . Luego,
| (5.75) | |||
| (5.76) | |||
| (5.77) | |||
| (5.78) |
∎
Del teorema fundamental del cálculo, parte II, tenemos
| (5.86) |
Es decir, el valor de la integral definida cambia de signo al permutar sus límites de integración. De hecho, si es una primitiva de , entonces
| (5.87) | |||
| (5.88) | |||
| (5.89) |
Tenemos que
| (5.90) |
Ahora,
| (5.91) |
Como era de esperar, tenemos
| (5.92) |
Calcule
| (5.93) |
En primer lugar, notemos que
| (5.94) | |||
| (5.95) |
Entonces, usando las propiedades de la integración, tenemos
| (5.96) | |||
| (5.97) | |||
| (5.98) | |||
| (5.99) | |||
| (5.100) |
Calcule el área entre la gráfica de y las rectas , y .
Recordando que la integral definida está asociada al área bajo la gráfica del integrando, tenemos que el área buscada puede calcularse por
| (5.101) |
ya que para y para . Además, observamos que
| (5.102) |
Luego, por el teorema fundamental del cálculo, se sigue que
| (5.103) | |||
| (5.104) | |||
| (5.105) |
Encuentre la función tal que
| (5.106) |
y que satisfaga .
Integrando ambos lados de la ecuación diferencial con respecto a , tenemos
| (5.107) | |||
| (5.108) |
Ahora, aplicando la condición , se obtiene
| (5.110) | |||
| (5.111) | |||
| (5.112) |
Concluimos que . ¡Compruebe!
Sean y tales que
| (5.113) | |||
| (5.114) | |||
| (5.115) |
Calcule
a) ; b) ; c)
Calcule
a) ; b) ; c)
Calcule el área entre la gráfica de y las rectas , y .
Calcule las siguientes integrales:
a) ; b)
Encuentre la función tal que
| (5.116) |
y que .
Aprovecho para agradecer a todas/os que de forma asidua o esporádica contribuyen enviando correcciones, sugerencias y críticas.

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