Aplicaciones de la Integral

Aplicaciones de la Integral Cálculo 16/03/2014 Prof. José G. Rodríguez Ahumada 1 de 20 Sea f, g dos funciones tal que para todo valor x en [a, b

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Aplicaciones de la Integral

Cálculo

16/03/2014

Prof. José G. Rodríguez Ahumada

1 de 20

Sea f, g dos funciones tal que para todo valor x en [a, b]. Entonces, el área A entre sus gráficas en el intervalo [a, b] es: 𝑛

𝐴 = lim

𝑓𝑖 𝑥 − 𝑔𝑖 (𝑥) ∆𝑥𝑖

𝑛→∞ 𝑖=1

b

A    f ( x)  g ( x)dx a b

A   gráfica arriba - gráfica abajo  dx a

ÁREA ENTRE DOS CURVAS

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Ejemplo 1 • Calcule el área entre y  x y y  x . • Solución: • Paso 1 – Grafique ambas funciones e identifique cuál es la función que está por encima. 2

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Ejemplo 1 … • Paso 2: Determine puntos de intersección

y  x2

x  x2

y x

x  0,1

• Evalúe el integral definido: 1

A





x  x 2 dx

0

1

1 3 2  x x  x  3 0 3 2 1   3 3 16/03/2014

1  3

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Ejemplo 2 • Aproxime el área entre y  e , y  x y por la rectas verticales x = 0 y x = 1 a la diez milésima más cercana. 1 x A  e • Solución:   x dx x





0 1

1 2 e  x 2 0 3 e 2  1.218281828 x

 1.2183 16/03/2014

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Ejercicio #1 2 • Calcule el área entre y  2  x y y  x . • Solución:

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Ejercicio #1 2 • Calcule el área entre y  2  x y y  x . • Solución:

x  2  x2

x2  x  2  0 ( x  2)( x  1)  0 x  2,1

 2  x 1

A

2



 x dx

2

3

2 1

x x  2x   3 2

2

1 1  8 4  9   2      4    3 2  3 2 2 

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Ejemplo 4 • Calcule el área entre f ( x)  3x

3

 x 2  10 x y g ( x)   x2  2 x 3x3  x 2  10 x   x 2  2 x 3x 3  12 x  0 3x( x  2)( x  2)  0 x  2,0,2

• Solución:

A

0

2

2

0

  f ( x)  g ( x) dx   g ( x)  f ( x) dx  3x 0

A

2

3



2





 12 x dx    3x 3  12 x dx 0 0

2

 3x 4 3x 2  6x2   6x  4 4 0 2 4

 (12)  12  24

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Si A(x) representa el área de la sección transversal, entonces el volumen V está dado por: 𝑛

𝑉 = lim

𝐴𝑖 𝑥 ∆𝑥𝑖

𝑛→∞ 𝑖=1 b

V   A( x)dx a

VOLUMEN DE UN SÓLIDO DE REVOLUCIÓN 16/03/2014

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Método por Discos • Se basa en que el volumen V de un disco o cilindro circular con radio r y ancho h es:

V  Área del círculo  altura V  r 2 h • Por tanto, si un sólido se puede dividir en cilindros circulares (no necesariamente del mismo grueso), su volumen: b

b

b

a

a

a

V   A( x)dx    [ r ( x)]2 dx    [ r ( x)]2 dx b

V    [ r ( x)]2 dx a

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Ejemplo 5 • Encuentre el el volumen del sólido formado al girar 2 alrededor del eje de x la gráfica de f ( x)  x  4 x  5 para los valores de x entre x = 1 y x = 4 • Solución: Paso 1 – Bosqueje la gráfica.

Paso 2 –Visualice la región que se crea cuando la región se gira.

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Ejemplo 5 … r ( x)  x 2  4 x  5

Paso 3 – Visualice una sección transversal de la región. Paso 4 – Identifique la función que define el radio r(x). b

V    [r ( x)]2 dx 4

a

4

   [ x  4 x  5] dx    [ x 4  8 x3  26 x 2  40 x  25]dx 2

• 16/03/2014

1

2

1

4

26 3 1  78    x5  2 x 4  x  20 x 2  25 x   3 5 5 1 Prof. José G. Rodríguez Ahumada

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Ejercicio #1 • Encuentre el el volumen del sólido formado al girar alrededor del eje de x la gráfica de f ( x)  sin x para valores de 0  x  

y  sin x

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Ejercicio #1 • Encuentre el el volumen del sólido formado al girar alrededor del eje de x la gráfica de f ( x)  sin x para valores de 0  x   • Solución: b

V    [r ( x)]2 dx a



V    [ sin x ]2 dx 0



y  sin x

   [sin x] dx 0





   cos x 0    cos   cos 0  2

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Método por Arandelas • Se basa en que el volumen V de un sólido se puede dividir por arandelas con radio interior r(x) y radio exterior R(x) de ancho. • El volumen de una arandela sería:

V  R( x)2 h  r ( x)2 h

• Por consiguiente, el volumen del sólido se determinaría por: b





V    [ R( x)]2  [r ( x)]2 dx a

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Ejemplo 6 • Encuentre el el volumen del sólido formado al girar

alrededor del eje de y la región en el cuadrante I,

x encerrada por la gráficas de f ( x)  x y y  4 3

• Solución:

y3 x

x y 4

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Ejemplo 6 … y3 x

x y 4



  dy

V    4 y   y

3 2





b

a

b

2

   16 y 2  y 6 dy a

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Ejemplo 6 … • Determine los puntos de intersección para determinar los límites del integral. x 2 3

x

y x 3

4 x3 x 64

x y 4



0  x x  64



x  0,8

y  2,0,2

• Los valores de y que interesan son aquellos que definen la región del cuadrante 1. Estos son: 0 y 2.





2

V    16 y 2  y 6 dy 0

2

 16 y y       7 0  3 3

7

 128 128   512   16(2)3 (2)7            7  21  3 7   3 16/03/2014

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Si f(x) representa la fuerza que requiere mover un objeto a lo largo de una línea, entonces el trabajo W está dado por: 𝑛

𝑊 = lim

𝑓𝑖 𝑥 ∆𝑥𝑖

𝑛→∞ 𝑖=1

b

W   f ( x) dx a

TRABAJO Trabajo es igual a fuerza por distancia Trabajo se mide en joules o newton-metros. Un newton es la fuerza que requiere darle una masa de 1 kg una aceleración de 1 metro por segundo cuadrado. 16/03/2014

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Ejemplo 7 • Si la fuerza (en newtons) requerida para mantener un resorte estirado 𝑥 pulgadas está dado por 𝐹(𝑥) = 300𝑥, determine el trabajo que se necesita para estirar el resorte 0.3 metros de su posición normal. • Solución: 0.3 𝑊= 300𝑥𝑑𝑥 0

0.3 = 150𝑥 2 | 0 = 150(0.3)2 −150(0)2 = 13.5 joules 16/03/2014

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