Cálculo Ejemplos

$\int \frac{x^{3} + 1}{x^{2} - 1} d x$

Paso 1

Divide $x^{3} + 1$ por $x^{2} - 1$ .

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Paso 1.1

Establece los polinomios que se dividirán. Si no hay un término para cada exponente, inserta uno con un valor de $0$ .

$x^{2}$

$0 x$

$1$

$x^{3}$

$0 x^{2}$

$0 x$

$1$

Paso 1.2

Divide el término de mayor orden en el dividendo $x^{3}$ por el término de mayor orden en el divisor $x^{2}$ .

$x$

$x^{2}$

$0 x$

$1$

$x^{3}$

$0 x^{2}$

$0 x$

$1$

Paso 1.3

Multiplica el nuevo término del cociente por el divisor.

$x$

$x^{2}$

$0 x$

$1$

$x^{3}$

$0 x^{2}$

$0 x$

$1$

$x^{3}$

$0$

$x$

Paso 1.4

La expresión debe restarse del dividendo, así es que cambia todos los signos en $x^{3} + 0 - x$ .

$x$

$x^{2}$

$0 x$

$1$

$x^{3}$

$0 x^{2}$

$0 x$

$1$

$x^{3}$

$0$

$x$

Paso 1.5

Después de cambiar los signos, agrega el último dividendo del polinomio multiplicado para buscar el nuevo dividendo.

$x$

$x^{2}$

$0 x$

$1$

$x^{3}$

$0 x^{2}$

$0 x$

$1$

$x^{3}$

$0$

$x$

Paso 1.6

Retira el próximo término del dividendo original hacia el dividendo actual.

$x$

$x^{2}$

$0 x$

$1$

$x^{3}$

$0 x^{2}$

$0 x$

$1$

$x^{3}$

$0$

$x$

$1$

Paso 1.7

La respuesta final es el cociente más el resto sobre el divisor.

$\int x + \frac{x + 1}{x^{2} - 1} d x$

Paso 2

Divide la única integral en varias integrales.

$\int x d x + \int \frac{x + 1}{x^{2} - 1} d x$

Paso 3

Según la regla de la potencia, la integral de $x$ con respecto a $x$ es $\frac{1}{2} x^{2}$ .

$\frac{1}{2} x^{2} + C + \int \frac{x + 1}{x^{2} - 1} d x$

Paso 4

Divide la fracción $\frac{x + 1}{x^{2} - 1}$ en dos fracciones.

$\frac{1}{2} x^{2} + C + \int \frac{x}{x^{2} - 1} + \frac{1}{x^{2} - 1} d x$

Paso 5

Divide la única integral en varias integrales.

$\frac{1}{2} x^{2} + C + \int \frac{x}{x^{2} - 1} d x + \int \frac{1}{x^{2} - 1} d x$

Paso 6

Sea $u_{1} = x^{2} - 1$ . Entonces $d u_{1} = 2 x d x$ , de modo que $\frac{1}{2} d u_{1} = x d x$ . Reescribe mediante $u_{1}$ y $d$ $u_{1}$ .

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Paso 6.1

Deja $u_{1} = x^{2} - 1$ . Obtén $\frac{d u_{1}}{d x}$ .

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Paso 6.1.1

Diferencia $x^{2} - 1$ .

$\frac{d}{d x} [x^{2} - 1]$

Paso 6.1.2

Según la regla de la suma, la derivada de $x^{2} - 1$ con respecto a $x$ es $\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 1]$ .

$\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 1]$

Paso 6.1.3

Diferencia con la regla de la potencia, que establece que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ es $n x^{n - 1}$ donde $n = 2$ .

$2 x + \frac{d}{d x} [- 1]$

Paso 6.1.4

Como $- 1$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $- 1$ con respecto a $x$ es $0$ .

$2 x + 0$

Paso 6.1.5

Suma $2 x$ y $0$ .

$2 x$

Paso 6.2

Reescribe el problema mediante $u_{1}$ y $d u_{1}$ .

$\frac{1}{2} x^{2} + C + \int \frac{1}{u_{1}} \cdot \frac{1}{2} d u_{1} + \int \frac{1}{x^{2} - 1} d x$

Paso 7

Simplifica.

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Paso 7.1

Multiplica $\frac{1}{u_{1}}$ por $\frac{1}{2}$ .

$\frac{1}{2} x^{2} + C + \int \frac{1}{u_{1} \cdot 2} d u_{1} + \int \frac{1}{x^{2} - 1} d x$

Paso 7.2

Mueve $2$ a la izquierda de $u_{1}$ .

$\frac{1}{2} x^{2} + C + \int \frac{1}{2 u_{1}} d u_{1} + \int \frac{1}{x^{2} - 1} d x$

Paso 8

Dado que $\frac{1}{2}$ es constante con respecto a $u_{1}$ , mueve $\frac{1}{2}$ fuera de la integral.

$\frac{1}{2} x^{2} + C + \frac{1}{2} \int \frac{1}{u_{1}} d u_{1} + \int \frac{1}{x^{2} - 1} d x$

Paso 9

La integral de $\frac{1}{u_{1}}$ con respecto a $u_{1}$ es $\ln (| u_{1} |)$ .

$\frac{1}{2} x^{2} + C + \frac{1}{2} (\ln (| u_{1} |) + C) + \int \frac{1}{x^{2} - 1} d x$

Paso 10

Escribe la fracción mediante la descomposición en fracciones simples.

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Paso 10.1

Descompone la fracción y multiplica por el denominador común.

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Paso 10.1.1

Factoriza la fracción.

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Paso 10.1.1.1

Reescribe $1$ como $1^{2}$ .

$\frac{1}{x^{2} - 1^{2}}$

Paso 10.1.1.2

Dado que ambos términos son cuadrados perfectos, factoriza con la fórmula de la diferencia de cuadrados, $a^{2} - b^{2} = (a + b) (a - b)$ , donde $a = x$ y $b = 1$ .

$\frac{1}{(x + 1) (x - 1)}$

Paso 10.1.2

Para cada factor del denominador, crea una nueva fracción con el factor como denominador y un valor desconocido como numerador. Dado que el factor en el denominador es lineal, coloca una sola variable en su lugar $A$ .

$\frac{A}{x + 1}$

Paso 10.1.3

$\frac{A}{x + 1} + \frac{B}{x - 1}$

Paso 10.1.4

Multiplica cada fracción en la ecuación por el denominador de la expresión original. En este caso, el denominador es $(x + 1) (x - 1)$ .

$\frac{1 (x + 1) (x - 1)}{(x + 1) (x - 1)} = \frac{(A) (x + 1) (x - 1)}{x + 1} + \frac{(B) (x + 1) (x - 1)}{x - 1}$

Paso 10.1.5

Cancela el factor común de $x + 1$ .

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Paso 10.1.5.1

Cancela el factor común.

$\frac{1 (x + 1) (x - 1)}{(x + 1) (x - 1)} = \frac{(A) (x + 1) (x - 1)}{x + 1} + \frac{(B) (x + 1) (x - 1)}{x - 1}$

Paso 10.1.5.2

Reescribe la expresión.

$\frac{1 (x - 1)}{x - 1} = \frac{(A) (x + 1) (x - 1)}{x + 1} + \frac{(B) (x + 1) (x - 1)}{x - 1}$

Paso 10.1.6

Cancela el factor común de $x - 1$ .

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Paso 10.1.6.1

Cancela el factor común.

$\frac{1 (x - 1)}{x - 1} = \frac{(A) (x + 1) (x - 1)}{x + 1} + \frac{(B) (x + 1) (x - 1)}{x - 1}$

Paso 10.1.6.2

Reescribe la expresión.

$1 = \frac{(A) (x + 1) (x - 1)}{x + 1} + \frac{(B) (x + 1) (x - 1)}{x - 1}$

Paso 10.1.7

Simplifica cada término.

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Paso 10.1.7.1

Cancela el factor común de $x + 1$ .

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Paso 10.1.7.1.1

Cancela el factor común.

$1 = \frac{A (x + 1) (x - 1)}{x + 1} + \frac{(B) (x + 1) (x - 1)}{x - 1}$

Paso 10.1.7.1.2

Divide $(A) (x - 1)$ por $1$ .

$1 = (A) (x - 1) + \frac{(B) (x + 1) (x - 1)}{x - 1}$

Paso 10.1.7.2

Aplica la propiedad distributiva.

$1 = A x + A \cdot - 1 + \frac{(B) (x + 1) (x - 1)}{x - 1}$

Paso 10.1.7.3

Mueve $- 1$ a la izquierda de $A$ .

$1 = A x - 1 \cdot A + \frac{(B) (x + 1) (x - 1)}{x - 1}$

Paso 10.1.7.4

Reescribe $- 1 A$ como $- A$ .

$1 = A x - A + \frac{(B) (x + 1) (x - 1)}{x - 1}$

Paso 10.1.7.5

Cancela el factor común de $x - 1$ .

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Paso 10.1.7.5.1

Cancela el factor común.

$1 = A x - A + \frac{(B) (x + 1) (x - 1)}{x - 1}$

Paso 10.1.7.5.2

Divide $(B) (x + 1)$ por $1$ .

$1 = A x - A + (B) (x + 1)$

Paso 10.1.7.6

Aplica la propiedad distributiva.

$1 = A x - A + B x + B \cdot 1$

Paso 10.1.7.7

Multiplica $B$ por $1$ .

$1 = A x - A + B x + B$

Paso 10.1.8

Mueve $- A$ .

$1 = A x + B x - A + B$

Paso 10.2

Crea ecuaciones para las variables de fracción simple y úsalas para establecer un sistema de ecuaciones.

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Paso 10.2.1

Crea una ecuación para las variables de fracción simple al igualar los coeficientes de $x$ de cada lado de la ecuación. Para que la ecuación sea igual, los coeficientes equivalentes en cada lado de la ecuación deben ser iguales.

$0 = A + B$

Paso 10.2.2

Crea una ecuación para las variables de fracción simple al igualar los coeficientes de los términos que no contienen $x$ . Para que la ecuación sea igual, los coeficientes equivalentes en cada lado de la ecuación deben ser iguales.

$1 = - 1 A + B$

Paso 10.2.3

Establece el sistema de ecuaciones para obtener los coeficientes de las fracciones parciales.

$0 = A + B$

$1 = - 1 A + B$

$0 = A + B$

$1 = - 1 A + B$

Paso 10.3

Resuelve el sistema de ecuaciones.

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Paso 10.3.1

Resuelve $A$ en $0 = A + B$ .

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Paso 10.3.1.1

Reescribe la ecuación como $A + B = 0$ .

$A + B = 0$

$1 = - 1 A + B$

Paso 10.3.1.2

Resta $B$ de ambos lados de la ecuación.

$A = - B$

$1 = - 1 A + B$

$A = - B$

$1 = - 1 A + B$

Paso 10.3.2

Reemplaza todos los casos de $A$ por $- B$ en cada ecuación.

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Paso 10.3.2.1

Reemplaza todos los casos de $A$ en $1 = - 1 A + B$ por $- B$ .

$1 = - 1 (- B) + B$

$A = - B$

Paso 10.3.2.2

Simplifica el lado derecho.

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Paso 10.3.2.2.1

Simplifica $- 1 (- B) + B$ .

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Paso 10.3.2.2.1.1

Multiplica $- 1 (- B)$ .

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Paso 10.3.2.2.1.1.1

Multiplica $- 1$ por $- 1$ .

$1 = 1 B + B$

$A = - B$

Paso 10.3.2.2.1.1.2

Multiplica $B$ por $1$ .

$1 = B + B$

$A = - B$

$1 = B + B$

$A = - B$

Paso 10.3.2.2.1.2

Suma $B$ y $B$ .

$1 = 2 B$

$A = - B$

$1 = 2 B$

$A = - B$

$1 = 2 B$

$A = - B$

$1 = 2 B$

$A = - B$

Paso 10.3.3

Resuelve $B$ en $1 = 2 B$ .

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Paso 10.3.3.1

Reescribe la ecuación como $2 B = 1$ .

$2 B = 1$

$A = - B$

Paso 10.3.3.2

Divide cada término en $2 B = 1$ por $2$ y simplifica.

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Paso 10.3.3.2.1

Divide cada término en $2 B = 1$ por $2$ .

$\frac{2 B}{2} = \frac{1}{2}$

$A = - B$

Paso 10.3.3.2.2

Simplifica el lado izquierdo.

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Paso 10.3.3.2.2.1

Cancela el factor común de $2$ .

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Paso 10.3.3.2.2.1.1

Cancela el factor común.

$\frac{2 B}{2} = \frac{1}{2}$

$A = - B$

Paso 10.3.3.2.2.1.2

Divide $B$ por $1$ .

$B = \frac{1}{2}$

$A = - B$

$B = \frac{1}{2}$

$A = - B$

$B = \frac{1}{2}$

$A = - B$

$B = \frac{1}{2}$

$A = - B$

$B = \frac{1}{2}$

$A = - B$

Paso 10.3.4

Reemplaza todos los casos de $B$ por $\frac{1}{2}$ en cada ecuación.

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Paso 10.3.4.1

Reemplaza todos los casos de $B$ en $A = - B$ por $\frac{1}{2}$ .

$A = - (\frac{1}{2})$

$B = \frac{1}{2}$

Paso 10.3.4.2

Simplifica el lado derecho.

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Paso 10.3.4.2.1

Multiplica $- 1$ por $\frac{1}{2}$ .

$A = - \frac{1}{2}$

$B = \frac{1}{2}$

$A = - \frac{1}{2}$

$B = \frac{1}{2}$

$A = - \frac{1}{2}$

$B = \frac{1}{2}$

Paso 10.3.5

Enumera todas las soluciones.

$A = - \frac{1}{2}, B = \frac{1}{2}$

Paso 10.4

Reemplaza cada uno de los coeficientes de fracción simple en $\frac{A}{x + 1} + \frac{B}{x - 1}$ con los valores obtenidos para $A$ y $B$ .

$\frac{- \frac{1}{2}}{x + 1} + \frac{\frac{1}{2}}{x - 1}$

Paso 10.5

Simplifica.

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Paso 10.5.1

Multiplica el numerador por la recíproca del denominador.

$- \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{x + 1} + \frac{\frac{1}{2}}{x - 1}$

Paso 10.5.2

Multiplica $\frac{1}{x + 1}$ por $\frac{1}{2}$ .

$- \frac{1}{(x + 1) \cdot 2} + \frac{\frac{1}{2}}{x - 1}$

Paso 10.5.3

Mueve $2$ a la izquierda de $x + 1$ .

$- \frac{1}{2 (x + 1)} + \frac{\frac{1}{2}}{x - 1}$

Paso 10.5.4

Multiplica el numerador por la recíproca del denominador.

$- \frac{1}{2 (x + 1)} + \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{x - 1}$

Paso 10.5.5

Multiplica $\frac{1}{2}$ por $\frac{1}{x - 1}$ .

$\frac{1}{2} x^{2} + C + \frac{1}{2} (\ln (| u_{1} |) + C) + \int - \frac{1}{2 (x + 1)} + \frac{1}{2 (x - 1)} d x$

Paso 11

Divide la única integral en varias integrales.

$\frac{1}{2} x^{2} + C + \frac{1}{2} (\ln (| u_{1} |) + C) + \int - \frac{1}{2 (x + 1)} d x + \int \frac{1}{2 (x - 1)} d x$

Paso 12

Dado que $- 1$ es constante con respecto a $x$ , mueve $- 1$ fuera de la integral.

$\frac{1}{2} x^{2} + C + \frac{1}{2} (\ln (| u_{1} |) + C) - \int \frac{1}{2 (x + 1)} d x + \int \frac{1}{2 (x - 1)} d x$

Paso 13

Dado que $\frac{1}{2}$ es constante con respecto a $x$ , mueve $\frac{1}{2}$ fuera de la integral.

$\frac{1}{2} x^{2} + C + \frac{1}{2} (\ln (| u_{1} |) + C) - (\frac{1}{2} \int \frac{1}{x + 1} d x) + \int \frac{1}{2 (x - 1)} d x$

Paso 14

Sea $u_{2} = x + 1$ . Entonces $d u_{2} = d x$ . Reescribe mediante $u_{2}$ y $d$ $u_{2}$ .

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Paso 14.1

Deja $u_{2} = x + 1$ . Obtén $\frac{d u_{2}}{d x}$ .

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Paso 14.1.1

Diferencia $x + 1$ .

$\frac{d}{d x} [x + 1]$

Paso 14.1.2

Según la regla de la suma, la derivada de $x + 1$ con respecto a $x$ es $\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [1]$ .

$\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [1]$

Paso 14.1.3

Diferencia con la regla de la potencia, que establece que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ es $n x^{n - 1}$ donde $n = 1$ .

$1 + \frac{d}{d x} [1]$

Paso 14.1.4

Como $1$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $1$ con respecto a $x$ es $0$ .

$1 + 0$

Paso 14.1.5

Suma $1$ y $0$ .

$1$

Paso 14.2

Reescribe el problema mediante $u_{2}$ y $d u_{2}$ .

$\frac{1}{2} x^{2} + C + \frac{1}{2} (\ln (| u_{1} |) + C) - \frac{1}{2} \int \frac{1}{u_{2}} d u_{2} + \int \frac{1}{2 (x - 1)} d x$

Paso 15

La integral de $\frac{1}{u_{2}}$ con respecto a $u_{2}$ es $\ln (| u_{2} |)$ .

$\frac{1}{2} x^{2} + C + \frac{1}{2} (\ln (| u_{1} |) + C) - \frac{1}{2} (\ln (| u_{2} |) + C) + \int \frac{1}{2 (x - 1)} d x$

Paso 16

Dado que $\frac{1}{2}$ es constante con respecto a $x$ , mueve $\frac{1}{2}$ fuera de la integral.

$\frac{1}{2} x^{2} + C + \frac{1}{2} (\ln (| u_{1} |) + C) - \frac{1}{2} (\ln (| u_{2} |) + C) + \frac{1}{2} \int \frac{1}{x - 1} d x$

Paso 17

Sea $u_{3} = x - 1$ . Entonces $d u_{3} = d x$ . Reescribe mediante $u_{3}$ y $d$ $u_{3}$ .

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Paso 17.1

Deja $u_{3} = x - 1$ . Obtén $\frac{d u_{3}}{d x}$ .

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Paso 17.1.1

Diferencia $x - 1$ .

$\frac{d}{d x} [x - 1]$

Paso 17.1.2

Según la regla de la suma, la derivada de $x - 1$ con respecto a $x$ es $\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 1]$ .

$\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 1]$

Paso 17.1.3

Diferencia con la regla de la potencia, que establece que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ es $n x^{n - 1}$ donde $n = 1$ .

$1 + \frac{d}{d x} [- 1]$

Paso 17.1.4

Como $- 1$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $- 1$ con respecto a $x$ es $0$ .

$1 + 0$

Paso 17.1.5

Suma $1$ y $0$ .

$1$

Paso 17.2

Reescribe el problema mediante $u_{3}$ y $d u_{3}$ .

$\frac{1}{2} x^{2} + C + \frac{1}{2} (\ln (| u_{1} |) + C) - \frac{1}{2} (\ln (| u_{2} |) + C) + \frac{1}{2} \int \frac{1}{u_{3}} d u_{3}$

Paso 18

La integral de $\frac{1}{u_{3}}$ con respecto a $u_{3}$ es $\ln (| u_{3} |)$ .

$\frac{1}{2} x^{2} + C + \frac{1}{2} (\ln (| u_{1} |) + C) - \frac{1}{2} (\ln (| u_{2} |) + C) + \frac{1}{2} (\ln (| u_{3} |) + C)$

Paso 19

Simplifica.

$\frac{1}{2} x^{2} + \frac{1}{2} \ln (| u_{1} |) - \frac{1}{2} \ln (| u_{2} |) + \frac{1}{2} \ln (| u_{3} |) + C$

Paso 20

Vuelve a sustituir para cada variable de sustitución de la integración.

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Paso 20.1

Reemplaza todos los casos de $u_{1}$ con $x^{2} - 1$ .

$\frac{1}{2} x^{2} + \frac{1}{2} \ln (| x^{2} - 1 |) - \frac{1}{2} \ln (| u_{2} |) + \frac{1}{2} \ln (| u_{3} |) + C$

Paso 20.2

Reemplaza todos los casos de $u_{2}$ con $x + 1$ .

$\frac{1}{2} x^{2} + \frac{1}{2} \ln (| x^{2} - 1 |) - \frac{1}{2} \ln (| x + 1 |) + \frac{1}{2} \ln (| u_{3} |) + C$

Paso 20.3

Reemplaza todos los casos de $u_{3}$ con $x - 1$ .

$\frac{1}{2} x^{2} + \frac{1}{2} \ln (| x^{2} - 1 |) - \frac{1}{2} \ln (| x + 1 |) + \frac{1}{2} \ln (| x - 1 |) + C$