3.11.5 Integrales exponenciales

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Integral de la exponencial natural
1

Integral de la exponencial natural

Para la base \(y \), la función exponencial es su propia derivada, luego también es su propia primitiva:

$$\int e^x \, dx = e^x + C $$

En su forma compuesta (casi-inmediata), si aparece la derivada del exponente multiplicando:

$$\int u'(x) \cdot e^{u(x)} \, dx = e^{u(x)} + C $$
Ejemplo:

En forma compuesta: \(\int e^{3x} \, dx = \frac{e^{3x}}{3} + C \)

2

Integral de la exponencial de base general

Para una base \(a > 0 \) con \(a \ne 1 \), como la derivada de \(a^x \) es \([a^x]' = a^x \ln a \), hay que dividir entre \(\ln a \):

$$\int a^x \, dx = \frac{a^x}{\ln a} + C $$

Y en su versión compuesta:

$$\int u'(x) \cdot a^{u(x)} \, dx = \frac{a^{u(x)}}{\ln a} + C $$
Ejemplo:

Para la base \(2 \) hay que dividir entre \(\ln 2 \): \(\int 2^x \, dx = \frac{2^x}{\ln 2} + C \)

Ejemplo 1: Exponente cuadrático casi-inmediato

Calcula \(\int x e^{3x^2 + 1} \, dx \)

Explicación

Para resolver este ejemplo empezaremos por derivar el exponente \(3x^2 + 1 \)

A continuación multiplicaremos y dividiremos por \(6 \) para completar la derivada.

Para terminar aplicaremos la fórmula de la exponencial compuesta.

PASO 1

Derivada del exponente y ajuste.

Como \([3x^2 + 1]' = 6x \), multiplicamos y dividimos por \(6 \):

$$\int x e^{3x^2 + 1} \, dx = \frac{1}{6}\int 6x e^{3x^2 + 1} \, dx $$
PASO 2

Aplicación de la fórmula.

$$\frac{1}{6}e^{3x^2 + 1} + C $$
Conclusión

$$\int x e^{3x^2 + 1} \, dx = \frac{1}{6}e^{3x^2 + 1} + C $$

Ejemplo 2: Base numérica distinta de e

Calcula \(\int 5^{2x - 1} \, dx \)

Explicación

Para resolver este ejemplo empezaremos por derivar el exponente \(2x - 1 \)

A continuación ajustaremos la constante para completar la derivada.

Para terminar aplicaremos la fórmula de la exponencial de base general.

PASO 1

Derivada del exponente y ajuste.

Como \([2x - 1]' = 2 \), multiplicamos y dividimos por \(2 \):

$$\int 5^{2x - 1} \, dx = \frac{1}{2}\int 2 \cdot 5^{2x - 1} \, dx $$
PASO 2

Aplicación de la fórmula con división entre el logaritmo.

$$\frac{1}{2} \cdot \frac{5^{2x - 1}}{\ln 5} + C = \frac{5^{2x - 1}}{2\ln 5} + C $$
Conclusión

$$\int 5^{2x - 1} \, dx = \frac{5^{2x - 1}}{2\ln 5} + C $$

Ejemplo 3: Exponencial con función trigonométrica

Calcula $$\int \cos x \cdot e^{\operatorname{sen} x} \, dx $$

Explicación

Para resolver este ejemplo empezaremos por derivar el exponente \(\operatorname{sen} x \)

A continuación comprobaremos que su derivada está presente de forma inmediata.

Para terminar aplicaremos la fórmula de la exponencial compuesta.

PASO 1

Derivada del exponente.

Como \([\operatorname{sen} x]' = \cos x \), la derivada del exponente aparece exactamente multiplicando, sin necesidad de ajuste.

PASO 2

Aplicación directa de la fórmula.

$$\int \cos x \cdot e^{\operatorname{sen} x} \, dx = e^{\operatorname{sen} x} + C $$
Conclusión

$$\int \cos x \cdot e^{\operatorname{sen} x} \, dx = e^{\operatorname{sen} x} + C $$

Ejemplo 4: Base numérica con exponente cuadrático

Calcula \(\int 2x \cdot 3^{x^2 + 1} \, dx \)

Explicación

Para resolver este ejemplo empezaremos por derivar el exponente \(x^2 + 1 \)

A continuación comprobaremos que está presente de forma inmediata.

Para terminar aplicaremos la fórmula de la exponencial de base general compuesta.

PASO 1

Derivada del exponente.

Como \([x^2 + 1]' = 2x \), la derivada aparece exactamente multiplicando.

PASO 2

Aplicación de la fórmula con división entre el logaritmo.

$$\int 2x \cdot 3^{x^2 + 1} \, dx = \frac{3^{x^2 + 1}}{\ln 3} + C $$
Conclusión

$$\int 2x \cdot 3^{x^2 + 1} \, dx = \frac{3^{x^2 + 1}}{\ln 3} + C $$

Ejemplo 5: Exponencial de exponente cúbico

Calcula \(\int x^2 e^{x^3} \, dx \)

Explicación

Para resolver este ejemplo empezaremos por derivar el exponente \(x^3 \)

A continuación ajustaremos la constante para completar la derivada.

Para terminar aplicaremos la fórmula de la exponencial compuesta.

PASO 1

Derivada del exponente y ajuste.

Como \([x^3]' = 3x^2 \), multiplicamos y dividimos por \(3 \):

$$\int x^2 e^{x^3} \, dx = \frac{1}{3}\int 3x^2 e^{x^3} \, dx $$
PASO 2

Aplicación de la fórmula.

$$\frac{1}{3}e^{x^3} + C $$
Conclusión

$$\int x^2 e^{x^3} \, dx = \frac{1}{3}e^{x^3} + C $$