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Análisis Matemático (72) · Unidad 6 — Integrales

Área entre curvas

El área entre dos gráficos es la integral de la de arriba menos la de abajo, entre los puntos de corte. Cuando las curvas se cruzan adentro del intervalo, se parte en el cruce, porque cambia quién va arriba.

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La explicación

Arriba menos abajo

Si en todo [a, b] el gráfico de f está por encima del de g, el área de la región entre los dos es

Área = ∫ₐᵇ [f(x) − g(x)] dx  (f arriba, g abajo)

La razón es la misma que en 6.5: la región se parte en tiras verticales angostas, y cada tira mide de alto f(x) − g(x). No importa si las dos curvas están arriba del eje, abajo o una de cada lado: la resta mide siempre la distancia vertical entre las dos. El eje x es la curva g = 0: el área entre f y el eje es ∫f si f está arriba y ∫(−f) si está abajo.

Los límites, cuando no los dan

Si el enunciado dice «la región encerrada por los gráficos» y no da intervalo, los límites son los puntos de corte: se resuelve f(x) = g(x). Entre dos cortes seguidos, una curva no puede pasar de estar arriba a estar abajo sin volver a cortar a la otra, así que alcanza con probar un solo punto de adentro para saber quién va arriba.

1. Hallá los cortes: f(x) = g(x) (y los bordes del intervalo, si los dan).
2. En cada tramo entre cortes, probá un punto y fijate quién está arriba.
3. Plantealo: una integral por tramo, siempre (arriba − abajo).
4. Calculá cada una con Barrow y sumá.
5. El resultado tiene que ser positivo; si alguno te dio negativo, ese tramo está dado vuelta.

Por qué hay que partir

Si las curvas se cruzan dentro del intervalo, cambia quién va arriba. Una sola integral de f − g sobre todo el intervalo hace el balance: el tramo donde f − g < 0 resta lo que había sumado el otro, y puede dar un número chico o incluso 0 aunque la región sea grande. Es la diferencia entre integral y área. En opción múltiple aparece así: «el área se obtiene calculando…», con las integrales partidas en el corte y los órdenes dados vuelta. La correcta es la que en cada tramo pone arriba a la que de verdad está arriba.

Plantear desde un dibujo

Cuando la región viene dibujada, se lee de izquierda a derecha: dónde empieza, dónde termina, qué curva la limita arriba y cuál abajo, y si la de abajo cambia en algún punto (por ejemplo, abajo está el eje hasta x = 1 y después una curva). Cada vez que cambia la de arriba o la de abajo, empieza una integral nueva. Una región limitada por el eje y empieza en x = 0.

Con una recta tangente

Un caso que se toma: la región entre una curva, su recta tangente en un punto y un eje. Primero la tangente (y = f′(x₀)(x − x₀) + f(x₀)); después, como una curva cóncava hacia arriba queda por encima de sus tangentes, arriba va la curva y abajo la recta, y los límites son el eje y el punto de tangencia.

El control que conviene hacer siempre

Un área es positiva: si te da negativa, restaste al revés. Y una cota con el dibujo: la región entra en un rectángulo de base (b − a) y altura igual a la mayor distancia entre las curvas, así que el área no puede pasar de eso. Si hiciste una sola integral sobre un intervalo donde las curvas se cruzan, probablemente te dio de menos.

Un ejercicio resuelto, paso a paso

Calcular el área de la región encerrada por los gráficos de f(x) = x^2 − 3x y g(x) = x + 5.

Planteo: no dan intervalo, así que los límites son los cortes.

Los cortes:

x² − 3x = x + 5  →  x² − 4x − 5 = 0  →  x = −1  y  x = 5

Quién va arriba: en x = 0, g(0) = 5 y f(0) = 0. Arriba va la recta, en todo el tramo.

La integral:

∫₋₁⁵ [(x + 5) − (x² − 3x)] dx = ∫₋₁⁵ (−x² + 4x + 5) dx
= [−x³/3 + 2x² + 5x]₋₁⁵ = (−125/3 + 50 + 25) − (1/3 + 2 − 5)
= 100/3 − (−8/3) = 108/3 = 36

Control: el área es positiva ✔. Y una cota: la distancia entre las curvas es −x² + 4x + 5, que es máxima en x = 2, donde vale 9; la región entra en un rectángulo de 6 × 9 = 54, y 36 es menos ✔.

Dónde se pierde el punto: el paréntesis de la parábola (el −3x pasa a sumar +3x al restarla) y el signo de F(−1).

Y uno del nivel del parcial

Hallar el área de la región limitada por el gráfico de f(x) = x^2 + 1, su recta tangente en x₀ = 2 y el eje y.

Planteo: primero la tangente; después, quién va arriba y entre qué límites.

La tangente: f(2) = 5 y f′(x) = 2x, así que f′(2) = 4.

y = 4(x − 2) + 5 = 4x − 3

La región: la limitan el eje y (x = 0) a la izquierda y el punto de tangencia (x = 2) a la derecha, donde la recta toca a la parábola. La parábola es cóncava hacia arriba, así que queda por encima de su tangente: en x = 0, f(0) = 1 y la recta vale −3 ✔.

Área = ∫₀² [(x² + 1) − (4x − 3)] dx = ∫₀² (x² − 4x + 4) dx = ∫₀² (x − 2)² dx
= [(x − 2)³/3]₀² = 0 − (−8/3) = 8/3

Control: el integrando es un cuadrado, así que es positivo, y se anula justo en x = 2: la recta toca la curva ahí y no la corta ✔.

Dónde se pierde el punto: tomar como límite derecho el corte de la recta con el eje x (x = 3/4), que no es borde de la región.

Dónde se cae la mayoría

Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.

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