Laboratorio 2 · Cálculo de una variable

Integral de Riemann y sus propiedades

El laboratorio que atraviesa dos clases: la Clase 4 lo abre con el mín–máx (\(\tfrac13 \le \int_4^6 \tfrac{dx}{x} \le \tfrac12\)) y el teorema del valor medio (\(f(c) = g(c)\)), y la Clase 5 lo termina — la recta tangente del Problema 5, la \(a = 81\) escondida en una ecuación integral, y los cuatro incisos que estrenan la regla de Leibniz. Cada ejercicio enlaza a la parte exacta donde el profesor lo trabaja.

📄 Enunciado oficial → Laboratorio 2 · Cálculo Diferencial e Integral II (ITAM) PDF 📄 Más práctica del mismo tema → Cuaderno de ejercicios · Cálculo III, Tarea 3: TFC y sustitución (Dra. Lorena Zogaib, ITAM) p. 9 📄 …y sus soluciones oficiales — consúltalas solo después de intentarlo p. 27
Los ejercicios

Ejercicio por ejercicio, con su parte

El enunciado fiel, y debajo el botón a la parte de la clase interactiva donde se resuelve. Lo honesto: primero inténtalo en tu cuaderno; el botón es para comparar.

2Cotas para cos(√x)

A partir de las desigualdades

$$1 - \tfrac12 x^{2} \;\le\; \cos(x) \;\le\; 1 - \tfrac12 x^{2} + \tfrac{1}{24}x^{4}\,, \qquad \text{para } 0 \le x \le 1,$$

obtén cotas superior e inferior para \(\displaystyle\int_{0}^{1} \cos(\sqrt{x}\,)\,dx\).

✍️ Para tu cuaderno — el profesor lo dejó dicho en la Parte 29: «el 2 y el 3 son muy parecidos: quedan para ustedes». Las armas: sustituir \(\sqrt{x}\) en las desigualdades, la dominancia de la Clase 3, y las primitivas de potencias de la Clase 4.

▶ Clase 3 · Parte 30 — la dominancia ▶ Clase 4 · Parte 8 — los primeros cálculos

5La recta tangente (el Problema 5)

Determina la ecuación de la recta tangente a

$$f(x) = \int_{\pi/2}^{x} x\,\frac{\operatorname{sen} t}{t}\,dt$$

en \(x = \dfrac{\pi}{2}\). Utiliza este resultado para estimar el valor de \(f\!\left(\dfrac{\pi}{2} + 0.1\right)\).

▶ Clase 5 · Parte 5 — el planteo ▶ Parte 11 — y = x − π/2 ▶ Parte 13 — la diferencial: estimar con la recta
El corazón de la Clase 5. Para resolverlo hubo que contestar en serio «¿qué es una recta?» — y de ahí salió toda la clase: Descartes, \(m = \tan\theta\), la tangente formal y la diferencial. En la estática hay un laboratorio interactivo con esta \(f\) real.

7¿Diferenciables? Justifica y deriva

Justifica si las siguientes funciones son diferenciables y calcula su derivada. Reducir el resultado:

▶ Clase 5 · Parte 21 — ¿cuándo puedo derivar?
a $$F(x) = \int_{x}^{1} \sqrt{1+t^{4}}\;dt$$ ▶ Parte 22 — dos caminos
b $$F(x) = \left(\int_{0}^{x} \sqrt{1+s^{4}}\;ds\right)^{2}$$ ▶ Parte 23 — de afuera hacia adentro
c $$F(x) = \int_{0}^{1} x^{2}\sqrt{1+t^{4}}\;dt$$ ▶ Parte 24 — la constante escondida
d $$F(x) = \int_{-2x}^{2x} \sqrt{1+t^{4}}\;dt$$ ▶ Parte 25 — de −2x a 2x

Cazuelazo semanal

Verifica rigurosamente que:

1. Si \(f\) es una función lineal en el intervalo \([a,b] \subset \mathbb{R}\), entonces se satisface la identidad

$$\int_{a}^{b} f(x)\,dx \;=\; \frac{f(b) + f(a)}{2}\,(b-a)\,.$$

2. Si \(f\) es una función cuadrática en el intervalo \([a,b] \subset \mathbb{R}\), entonces se satisface la identidad

$$\int_{a}^{b} f(x)\,dx \;=\; \frac{f(a) + 4f\!\left(\frac{a+b}{2}\right) + f(b)}{6}\,(b-a)\,.$$

Hint: divide y vencerás — utiliza las propiedades que conoces para separar en integrales más sencillas. Breviario cultural: si \(f(x)\) es cúbica, el resultado continúa siendo válido.

✍️ Para tu cuaderno — no se resolvió en clase. Estas dos identidades son, exactamente, la regla del trapecio y la regla de Simpson: las fórmulas con las que se aproximan integrales que no se pueden calcular a mano… solo que aquí, para lineales y cuadráticas, no aproximan: dan el valor exacto.

📖 Para profundizar → Thomas §8.6 · Integración numérica: trapecio y Simpson p. 471

Las clases donde vive este laboratorio ▸

El cierre de la Clase 4 lo abre, y la Clase 5 lo termina — con el laboratorio interactivo de la tangente. ¿Vienes del principio? El Laboratorio 1 está antes.