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Ciencia de Datos e IA Cuadernillo de problemas resueltos: integrales y aplicaciones

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Cuadernillo de problemas resueltos: integrales y aplicaciones

✦ Ocho problemas resueltos paso a paso de Calculo Integral, con mapa de estrategias y autoexamen cronometrado de 6 preguntas con clave · Ciencia de Datos e IA · en menos de 8 minutos

Roadwise Consulting

Firmado y verificado · Fernando Castro

Objetivo: Dominar las tecnicas de integracion (sustitucion, partes, teorema fundamental) y sus aplicaciones: areas, volumenes, valor medio, impropias y ecuaciones diferenciales elementales.

8 min 17–99 años
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Cuadernillo de problemas resueltos: integrales y aplicaciones

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Cuadernillo de problemas resueltos: integrales y aplicaciones

Este cuadernillo es tu banco de ejercicios con solucion detallada de Calculo Integral. Integrar es la operacion inversa de derivar, y en ciencia de datos aparece cada vez que acumulas: area bajo una curva de densidad, perdida total, probabilidad, gradiente integrado. Como siempre: intenta cada problema cinco minutos en papel antes de revelar la solucion; si necesitas leerla, tapala y reescribela tu solo.

Diagrama de calculo integral: area bajo la curva, metodo del disco y simbolos de sumatoria.
La integral empieza como suma: el area bajo la curva es el limite de infinitos rectangulos.

Bloque 1 · Tecnicas de integracion

Problema 1. Calcula la integral ∫ 2x·(x^2 + 1)^6 dx.

Solucion paso a paso

  1. Paso 1 · Detectar la sustitucion

    Busca una funcion interna cuya derivada aparezca multiplicando: la interna es u = x^2 + 1 y su derivada es 2x, que esta ahi. Es la senal del metodo de sustitucion.

Paso 1 de 5

Problema 2. Calcula ∫ x·e^x dx por integracion por partes.

Solucion paso a paso

  1. Paso 1 · Elegir tecnica

    El integrando es producto de dos familias distintas (polinomio por exponencial): toca partes. Formula: ∫ u dv = uv − ∫ v du.

Paso 1 de 5

Bloque 2 · Teorema fundamental y areas

Problema 3. Si F(x) = ∫₀^(x^2) sen(t) dt, calcula F′(x).

Solucion paso a paso

  1. Paso 1 · Recordar el TFC

    El teorema fundamental dice: si G(x) = ∫₀^x f(t) dt entonces G′(x) = f(x). Aqui el limite superior no es x sino x^2: hay cadena.

Paso 1 de 3

Problema 4. Halla el area encerrada entre la parabola y = x^2 y la recta y = x + 2.

Solucion paso a paso

  1. Paso 1 · Cortar

    Puntos de corte: x^2 = x + 2 → x^2 − x − 2 = 0 → (x − 2)(x + 1) = 0 → x = −1 y x = 2.

Paso 1 de 5

Problema 5. Halla el valor medio de f(x) = x^2 en [0, 3] y un punto donde la funcion alcanza ese valor medio.

Solucion paso a paso

  1. Paso 1 · Plantear

    Formula del valor medio: (1/(b−a)) ∫ₐᵇ f. Aqui: (1/3) ∫₀³ x^2 dx.

Paso 1 de 4

Bloque 3 · Impropias, volumenes y ecuaciones

Problema 6. Decide si converge ∫₁^∞ 1/x^2 dx y calcula su valor; comparemos con ∫₁^∞ 1/x dx.

Solucion paso a paso

  1. Paso 1 · Definir como limite

    Integral impropia = limite: ∫₁^R x^(−2) dx con R → +∞.

Paso 1 de 4

Problema 7. La region entre y = x y el eje X en [0, 1] gira alrededor del eje X. Halla el volumen del solido (metodo del disco).

Solucion paso a paso

  1. Paso 1 · Rebanar

    Al girar, cada x genera un disco de radio r(x) = x y grosor dx: volumen del disco = π·r^2 dx.

Paso 1 de 4

Problema 8. Resuelve la ecuacion diferencial dy/dx = 3x^2 con condicion inicial y(0) = 1.

Solucion paso a paso

  1. Paso 1 · Integrar

    Integra ambos lados: y = ∫ 3x^2 dx = x^3 + C.

Paso 1 de 3

Mapa de estrategias

Que tecnica de integracion uso

  • Integrales
    • Interna derivada presente
      • Sustitucion u = interna
      • Cambiar todo a u y du
    • Producto de familias
      • Partes con LIATE
      • u debe morir al derivar
    • Limites concretos
      • TFC + Barrow
      • Cadena si el limite es funcion
    • Aplicaciones
      • Area: arriba menos abajo
      • Volumen: π ∫ r(x)^2 dx
      • Media: integral entre longitud
    • Infinito
      • Impropias: limite de R
      • Criterio p: p mayor que 1 converge

Autoexamen cronometrado (20 minutos)

Resuelve en papel sin mirar arriba y luego responde aqui. Con 5 de 6 apruebas el bloque.

Calcula la integral definida ∫₀² 3x^2 dx.

¿Cual es la primitiva de cos(x)?

La integral impropia ∫₁^∞ 1/x dx converge.

Halla el area entre y = x y y = x^2 en [0, 1] (entre curvas, no bajo una).

En integracion por partes, la formula es ∫ u dv = uv − ∫ du.

Empareja cada integral con la tecnica que le corresponde.

      Video de repaso

      Integral: video complementario de repaso
      Repaso visual de tecnicas de integracion y sus aplicaciones.

      El problema 6 explica por que existe la media de una normal pero no la de ciertas Pareto de colas muy pesadas: busca un dataset real de ingresos o tamanos de fichero y comprueba si su cola "integra". ¿Que le pasa a la media muestral cuando la teorica no existe?

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