1. Antiderivada o Primitiva

Dada una función f, una antiderivada (o primitiva) de f es toda función F tal que F′(x) = f(x) para todo x en un intervalo I.

F es una antiderivada de f  ⇔  F′(x) = f(x)  ∀ x ∈ I

Si F es una antiderivada de f, entonces todas las antiderivadas de f tienen la forma F(x) + C, donde C es una constante arbitraria. Esto se debe a que la derivada de una constante es cero.

Observación clave

La derivación tiene pérdida de información: al derivar F(x) = x² + 5 y G(x) = x² − 3 obtenemos la misma función f(x) = 2x. La integración recupera la familia completa F(x) + C.

Ejemplo

Hallar una antiderivada de f(x) = 3x².

F(x) = x³  ⇒  F′(x) = 3x² = f(x)  ✓

La familia completa de antiderivadas es F(x) = x³ + C, con C ∈ ℝ.

2. Integral Indefinida

La integral indefinida de f con respecto a x se denota por ∫ f(x) dx y representa el conjunto de todas las antiderivadas de f:

∫ f(x) dx = F(x) + C    donde   F′(x) = f(x)

El símbolo ∫ se denomina signo integral, f(x) es el integrando, dx indica la variable de integración y C es la constante de integración.

No olvidar la constante

Escribir ∫ f(x) dx = F(x) sin la constante + C es un error conceptual grave. La integral indefinida representa una familia de funciones, no una función única.

d/dx [ ∫ f(x) dx ] = f(x)    y    ∫ f′(x) dx = f(x) + C

3. Linealidad de la Integral

La integral indefinida es un operador lineal. Para constantes α, β ∈ ℝ:

∫ [ α f(x) + β g(x) ] dx = α ∫ f(x) dx + β ∫ g(x) dx

Esta propiedad permite descomponer integrales complejas en sumas de integrales más simples.

Ejemplo

∫ (4x³ + 2 sin x) dx = 4 ∫ x³ dx + 2 ∫ sin x dx = 4·x⁴/4 + 2(−cos x) + C = x⁴ − 2 cos x + C

4. Tabla de Integrales Inmediatas

Las siguientes integrales se obtienen invirtiendo las reglas de derivación:

DerivadaIntegral indefinida
d/dx [x] = 1∫ dx = x + C
d/dx [xn+1/(n+1)] = xn∫ xn dx = xn+1/(n+1) + C, n ≠ −1
d/dx [ln|x|] = 1/x∫ (1/x) dx = ln|x| + C
d/dx [ex] = ex∫ ex dx = ex + C
d/dx [sin x] = cos x∫ cos x dx = sin x + C
d/dx [−cos x] = sin x∫ sin x dx = −cos x + C
d/dx [tan x] = sec² x∫ sec² x dx = tan x + C
d/dx [−cot x] = csc² x∫ csc² x dx = −cot x + C
d/dx [sec x] = sec x tan x∫ sec x tan x dx = sec x + C
d/dx [−csc x] = csc x cot x∫ csc x cot x dx = −csc x + C

Caso especial n = −1

La fórmula ∫ xn dx = xn+1/(n+1) + C no aplica para n = −1, pues daría división por cero. En ese caso se usa ∫ x−1 dx = ln|x| + C.

5. Integrales por Descomposición

Muchas integrales se resuelven descomponiendo el integrando en una suma de funciones cuyas integrales son conocidas. Se utiliza la linealidad y la tabla de integrales inmediatas.

Estrategia general

  1. Expandir productos y cocientes si es posible.
  2. Separar en suma de integrales individuales.
  3. Extraer constantes fuera de cada integral.
  4. Aplicar la tabla de integrales inmediatas.
  5. Sumar los resultados y agregar una sola constante C.

Ejemplo 1

∫ (x² + 1)² dx = ∫ (x⁴ + 2x² + 1) dx = x⁵/5 + 2x³/3 + x + C

Ejemplo 2

∫ (x³ + 3x² − 5) / x dx = ∫ (x² + 3x − 5/x) dx = x³/3 + 3x²/2 − 5 ln|x| + C

6. Condiciones Iniciales

Cuando se conoce el valor de la función primitiva en un punto (condición inicial), es posible determinar el valor exacto de la constante C.

Ejemplo

Hallar f(x) si f′(x) = 6x² − 4x + 1 y f(1) = 5.

f(x) = ∫ (6x² − 4x + 1) dx = 2x³ − 2x² + x + C

Aplicando la condición inicial f(1) = 5:

2(1)³ − 2(1)² + 1 + C = 5  ⇒  2 − 2 + 1 + C = 5  ⇒  C = 4

Por lo tanto, f(x) = 2x³ − 2x² + x + 4.

7. Aplicación: Movimiento Rectilíneo

En física, si s(t) es la posición de una partícula en el instante t, entonces:

v(t) = s′(t)   (velocidad)     a(t) = v′(t) = s″(t)   (aceleración)

Integrando la aceleración se obtiene la velocidad; integrando la velocidad se obtiene la posición. Las constantes de integración se determinan con las condiciones iniciales del movimiento.

Integración en cinemática

Dato conocidoSe obtiene integrando
Aceleración a(t)Velocidad: v(t) = ∫ a(t) dt
Velocidad v(t)Posición: s(t) = ∫ v(t) dt

Ejemplo

Una partícula se mueve con aceleración a(t) = 12t − 6. En t = 0, su velocidad es v(0) = 5 m/s y su posición es s(0) = 3 m. Hallar s(t).

v(t) = ∫ (12t − 6) dt = 6t² − 6t + C₁
v(0) = 5 ⇒ C₁ = 5 ⇒ v(t) = 6t² − 6t + 5
s(t) = ∫ (6t² − 6t + 5) dt = 2t³ − 3t² + 5t + C₂
s(0) = 3 ⇒ C₂ = 3 ⇒ s(t) = 2t³ − 3t² + 5t + 3

Cuestionario de Autoevaluación

1. Si F′(x) = 4x³ − 6x, entonces F(x) es igual a:

2. El resultado de ∫ (3x² + 2/x) dx es:

3. La integral ∫ (sin x + cos x) dx es igual a:

4. ¿Cuál es la integral de ∫ sec² x dx?

5. Si f′(x) = 3x² − 2 y f(0) = 4, entonces f(1) es:

6. Por la linealidad, ∫ [5ex − 4 cos x] dx equivale a:

7. ∫ (x² − 1)(x + 1) dx se resuelve:

8. ¿Por qué es obligatorio agregar + C en una integral indefinida?

9. Si a(t) = 10 m/s² y v(0) = 20 m/s, entonces v(t) es:

10. La integral ∫ csc² x dx es igual a: