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Cálculo del Área entre Curvas: Conceptos y Ejercicios Resueltos

Cristian

@cristian_55clg

¿Te parece complicado calcular el área entre curvas? No te... Mostrar más

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Guía de Caleulo Integral
Fecha: Abril 20 al 25 del 2020.
Tema: Area entre cuvas
(2)
Sea f y g son funciones continuas sobre un [a, b], enton

Área entre Curvas - Conceptos Básicos

Imagínate que tienes dos funciones que se cruzan en ciertos puntos y quieres saber cuánta "superficie" hay entre ellas. Para esto usamos la fórmula mágica: A = ∫[a,b] |f(x) - g(x)|dx.

La clave está en identificar cuál función está arriba y cuál está abajo en cada intervalo. Siempre restamos función superior - función inferior para evitar áreas negativas.

Para encontrar los puntos de intersección, simplemente igualas las dos funciones: f(x) = g(x) y resuelves la ecuación. Estos puntos te dirán dónde dividir tu integral si las funciones se cruzan.

💡 Tip clave: Siempre grafica las funciones primero. Te ahorrará muchos errores y te ayudará a visualizar qué función está encima.

Ejemplo 1: Parábolas que se Intersectan

Tomemos f(x) = x² + 4x - 5 y g(x) = -x² - 3x + 4. Primero encontramos donde se cruzan igualando las funciones.

Al resolver x² + 4x - 5 = -x² - 3x + 4, obtenemos los puntos de intersección: x = -9/2 y x = 1. Entre estos puntos, g(x) está por encima de f(x).

Entonces calculamos: A = ∫ $-9/2 a 1$ $g(x) - f(x)$ dx. Después de desarrollar la integral, obtenemos A = $-2x² - 7x + 9$ dx.

Al evaluar la integral definida, el resultado final es A ≈ 55.46 u². ¡Esa es el área total entre las dos parábolas!

💡 Recuerda: Cuando tengas parábolas, siempre encuentra el vértice para graficar mejor. Te ayudará a ver cuál está encima.

Ejemplo 2: Cuando las Funciones se Cruzan

Aquí tienes f(x) = -x² + 4x y g(x) = x en el intervalo [0,4]. Las funciones se cruzan en x = 0 y x = 3, así que necesitas dividir la integral en dos partes.

De x = 0 a x = 3, la parábola f(x) está por encima de la recta. De x = 3 a x = 4, la recta está por encima de la parábola.

La fórmula queda: A = ∫[0 a 3] $f(x) - g(x)$ dx + ∫[3 a 4] $g(x) - f(x)$ dx. Esto te da dos áreas: A₁ y A₂.

Al resolver ambas integrales y sumarlas, obtienes A = 19/3 ≈ 6.33 u². Este método funciona siempre que las funciones cambien de posición.

💡 Estrategia: Si las funciones se cruzan dentro del intervalo, siempre divide la integral en los puntos de intersección.

Ejemplo 3: Parábola y Recta

Con f(x) = x² + 1 y g(x) = x + 1 en [0,2], las funciones se cruzan solo en x = 0 y x = 1. La recta está encima hasta x = 1, luego la parábola toma el control.

Necesitas dos integrales: A = ∫[0 a 1] $(x+1) - (x²+1)$ dx + ∫[1 a 2] $(x²+1) - (x+1)$ dx. Esto simplifica a integrales de $-x² + x$ y $x² - x$ .

Después de evaluar ambas integrales y sumarlas, el área total es A = 2/3 u².

Al final de esta página tienes varios ejercicios propuestos para practicar con diferentes tipos de funciones. ¡Son perfectos para reforzar lo que acabas de aprender!

💡 Práctica: Los ejercicios propuestos incluyen raíces cuadradas y diferentes tipos de parábolas. ¡Perfectos para el examen!

Sumas de Riemann - Aproximando Áreas

Las sumas de Riemann son como armar un rompecabezas con rectángulos para aproximar el área bajo una curva. Es la base de las integrales y te ayuda a entender cómo funcionan realmente.

La fórmula básica es A = lim[n→∞] Σf(cᵢ)Δx, donde Δx = $b-a$ /n y cᵢ = a + i(Δx). Mientras más rectángulos uses (n más grande), mejor será tu aproximación.

Vas a necesitar estas propiedades fundamentales: Σi = n $n+1$ /2, Σi² = n $n+1$ $2n+1$ /6, y Σk = kn. Memorízalas porque las usarás en cada problema.

En el ejemplo con f(x) = 2x + 1 en [2,4], después de aplicar las fórmulas y tomar el límite cuando n→∞, obtenemos A = 14 u².

💡 Truco: Las sumas de Riemann siempre dan el mismo resultado que las integrales definidas. ¡Es matemática pura en acción!

Suma de Riemann con Función Cuadrática

Cuando trabajas con f(x) = x² + 3x - 1 en [1,4], el proceso se vuelve más interesante porque aparecen términos cuadráticos.

Primero calculas Δx = 3/n y cᵢ = 1 + $3/n$ i. Luego sustituyes en f(cᵢ) y expandes: f(cᵢ) = $1 + 3i/n$ ² + 3 $1 + 3i/n$ - 1.

Al desarrollar completamente la suma, obtienes tres tipos de términos: constantes (5n), lineales en i $15i/n$ , y cuadráticos en i $9i²/n²$ . Aquí es donde usas las propiedades de las sumatorias.

Después de aplicar todas las fórmulas y tomar el límite, los términos que tienen n en el denominador se vuelven cero, quedándote con A = 31.5 u².

💡 Clave del éxito: En las sumas de Riemann, solo sobreviven los términos sin n en el denominador cuando tomas el límite.

Ejercicios Propuestos para Practicar

La página termina con el resultado final: A = 31.5 u² para el ejemplo anterior. Este es exactamente el mismo resultado que obtendrías calculando la integral definida ∫[1 a 4] $x² + 3x - 1$ dx.

Aquí tienes cinco ejercicios propuestos que cubren diferentes tipos de funciones: lineales, cuadráticas, y combinaciones de ambas. Van desde funciones simples como f(x) = 3x - 4 hasta más complejas como f(x) = 2x² - 7x + 9.

Estos ejercicios te van a ayudar a dominar tanto las técnicas algebraicas como el concepto de límites. Son perfectos para prepararte para exámenes y tareas.

La variedad incluye diferentes intervalos y tipos de funciones, así que tendrás práctica completa con las sumas de Riemann.

💡 Consejo final: Practica estos ejercicios paso a paso. Cada uno te enseñará algo nuevo sobre las sumas de Riemann.

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Con f(x) = x² + 1 y g(x) = x + 1 en [0,2], las funciones se cruzan solo en x = 0 y x = 1. La recta está encima hasta x = 1, luego la parábola toma el control.

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Después de evaluar ambas integrales y sumarlas, el área total es A = 2/3 u².

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