Cálculo 2: pack de repaso

Hojas de fórmulas, los pasos clave de los métodos de cada tema y 8 problemas de práctica, con las soluciones completas al final.

Problemas nuevosVolver a la asignatura

En la ventana de impresión, elige «Guardar como PDF» para conservar una copia en tu dispositivo.

1Fórmulas y métodos

Integrales

Regla de la potencia
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Integral definida
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Integrales habituales
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Área entre curvas
∫ab (f − g) dx

Método

  1. Reescribe el integrando como suma de términos sencillos siempre que puedas.
  2. Aplica la regla de la potencia: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), y las integrales inmediatas de ex, 1/x, sin y cos.
  3. Usa un cambio de variable cuando veas una función junto con su derivada.
  4. En una integral definida, calcula F(b) − F(a).

Sucesiones y series

Sucesión aritmética
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Sucesión geométrica
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Series geométricas infinitas
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
Serie p
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Criterio del cociente
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Radio de convergencia
R = lim |ck/ck+1|
Polinomio de Taylor
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Serie de Maclaurin
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Cota del error de Lagrange
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Método

  1. Identifica el tipo: aritmética (diferencia constante), geométrica (razón constante), una serie estándar, una serie de potencias o un polinomio de Taylor.
  2. Para las sumas usa Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r), o S = a₁/(1 − r) cuando |r| < 1, con a₁ el primer término de la suma.
  3. Para la convergencia: primero el criterio del término n-ésimo, luego compara con Σ1/kᵖ o con una serie geométrica, y usa el criterio del cociente o de la raíz para factoriales y potencias k-ésimas.
  4. Para los polinomios de Taylor enumera f(a), f′(a), f″(a), …, divide la derivada k-ésima entre k! y acota el error con M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.

Cálculo multivariable

Derivadas parciales
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Gradiente
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Derivada direccional
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Plano tangente
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Regla de la cadena
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Criterio de la segunda derivada
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Integral doble
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Coordenadas polares
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

Método

  1. En una derivada parcial, trata la otra variable como una constante y usa las reglas de una variable.
  2. En las preguntas de gradiente calcula ∇f = (fx, fy) en el punto; usa |∇f| para la pendiente máxima y ∇f·u con un vector unitario u para una derivada direccional.
  3. Para los extremos resuelve fx = 0 y fy = 0 a la vez y luego clasifica cada punto con D = fxx·fyy − fxy².
  4. En una integral doble dibuja la región, elige el orden (o coordenadas polares para los discos) de modo que los límites interiores sean las curvas que la acotan, e integra primero la interior.

Ecuaciones diferenciales

Crecimiento/decrecimiento exponencial
dy/dt = ky → y = y0ekt
Periodo de semidesintegración
k = ln 2 / t½
Ley de enfriamiento de Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Factor integrante
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Depósito de mezcla
dm/dt = r·c − (r/V)·m

2Problemas de práctica

1.IntegralesMedia
xy01

Calcula I = ∫01 e−0,5x dx.

f(x) = e−0,5x[0, 1]
I =
2.IntegralesDifícil
xyy = 0,5x2​y = 2x

Calcula el área A de la región encerrada entre y = 0,5x2 e y = 2x.

y = 0,5x2y = 2x
A =
3.Sucesiones y seriesMedia
AΣ k/(k + 2)k = 1 … ∞BΣ (2/5)ᵏk = 1 … ∞CΣ (−1)ᵏ/√kk = 1 … ∞DΣ 2ᵏ/k!k = 1 … ∞

Exactamente una de las cuatro series diverge. Haz clic en ella.

A: Σ k/(k + 2)B: Σ (2/5)ᵏC: Σ (−1)ᵏ/√kD: Σ 2ᵏ/k!
  1. 1A: Σ k/(k + 2)
  2. 2B: Σ (2/5)ᵏ
  3. 3C: Σ (−1)ᵏ/√k
  4. 4D: Σ 2ᵏ/k!
4.Sucesiones y seriesDifícil

Halla el coeficiente c₄ de (x − 1)⁴ en la serie de Taylor de f(x) = e2x alrededor de a = 1.

f(x) = e2xa = 1k = 4
c₄ =
5.Cálculo multivariableMedia
xy2−1P

Usa el plano tangente de f(x, y) = 3 sin(3x − y) en (2, −1) para aproximar f(2,05, −1,2). Da la aproximación lineal L.

f(x, y) = 3 sin(3x − y)(a, b) = (2, −1)(x, y) = (2,05, −1,2)
L =
6.Cálculo multivariableDifícil
xyy = 2xy = x²24

Halla el área I = ∬R 1 dA de la región R comprendida entre la parábola y = x² y la recta y = 2x.

y = x²y = 2xf = 1
I =
7.Ecuaciones diferencialesMedia
t (min)T (°C)5Ta​65 °C

Una taza de café a 83 °C se deja en una habitación a 21 °C. Al cabo de 5 min su temperatura es 65 °C. Sigue la ley de enfriamiento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Halla la constante k en min⁻¹.

T0 = 83 °CTa = 21 °CT(5) = 65 °C
k = min⁻¹
8.Ecuaciones diferencialesDifícil
tyy(0) = 3y(0,25) = ?

Resuelve y″ + 2y′ + 10y = 0 con y(0) = 3 e y′(0) = 0 (soltado desde el reposo). Halla y(0,25); ángulos en radianes.

y″ + 2y′ + 10y = 0y(0) = 3y′(0) = 0
y(0.25) =

3Disoluciones

1.Integrales

Respuesta: I = 0,7869

Integrales definidas: ∫ₐᵇ f(x) dx es el área con signo entre la gráfica y el eje x de a a b. Busca una primitiva F (con F′ = f) y calcula F(b) − F(a). Regla de la potencia: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). El área entre dos curvas es ∫(superior − inferior) dx.

Primitiva

F(x) = e−0,5x/(−0,5)

Evaluar en los límites

I = (e−0,5 − 1)/(−0,5) = (0,6065 − 1)/(−0,5) = 0,7869

Respuesta

I = 0,7869
2.Integrales

Respuesta: A = 5,333

Integrales definidas: ∫ₐᵇ f(x) dx es el área con signo entre la gráfica y el eje x de a a b. Busca una primitiva F (con F′ = f) y calcula F(b) − F(a). Regla de la potencia: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). El área entre dos curvas es ∫(superior − inferior) dx.

Puntos de corte

0,5x2 = 2x → x = 0, x = 4

Integrar superior menos inferior

A = [x2 − 0,1667x3]04 = 5,333

Respuesta

A = 5,333
3.Sucesiones y series

Respuesta: A: Σ k/(k + 2)

Convergencia: si los términos no tienden a 0, la serie diverge (criterio del término n-ésimo). Σ1/kᵖ converge solo para p > 1, y Σrᵏ solo para |r| < 1. Compara una serie con una de estas cuando sus términos se comporten como ellas para k grande. Criterio del cociente: L = lim |ak+1/ak|; criterio de la raíz: L = lim |ak|1/k. L < 1 converge, L > 1 diverge, L = 1 no decide nada. Una serie de potencias Σck(x − x₀)ᵏ converge para |x − x₀| < R con R = lim |ck/ck+1|; una serie alternada con términos decrecientes hacia 0 converge.

Prueba cada serie

A: Σ k/(k + 2) → Los términos tienden a 1, no a 0: diverge por el criterio del término n-ésimo.
B: Σ (2/5)ᵏ → Geométrica con r = 2/5, |r| < 1: converge.
C: Σ (−1)ᵏ/√k → Alternada, con 1/√k decreciendo hacia 0: converge (condicionalmente).
D: Σ 2ᵏ/k! → Criterio del cociente: L = lim 2/(k + 1) = 0 < 1, converge.

La respuesta

A: Σ k/(k + 2)

Respuesta

A: Σ k/(k + 2)
4.Sucesiones y series

Respuesta: c₄ = 4,926

Polinomios de Taylor: cerca de x = a una función suave se aproxima por Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; para a = 0 es el polinomio de Maclaurin. Series estándar: eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + x⁵/5! − …, cos x = 1 − x²/2! + x⁴/4! − …, ln(1 + x) = x − x²/2 + x³/3 − …, 1/(1 − x) = Σxᵏ. Cota del error de Lagrange: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, donde M es el mayor valor de |f⁽ⁿ⁺¹⁾| entre a y x.

Derivada f⁽⁴⁾

f⁽⁴⁾(x) = 2⁴·e2x

Coeficiente

c₄ = 2⁴·e2/4! = 4,926
c₄ = 4,926

Respuesta

c₄ = 4,926
5.Cálculo multivariable

Respuesta: L = 2,763

Gradiente: ∇f = (fx, fy) apunta en la dirección de máximo crecimiento, y |∇f| es la mayor tasa de variación. La derivada direccional a lo largo de una dirección v es Duf = ∇f·u con el vector unitario u = v/|v|. El plano tangente en (a, b) es z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); da la aproximación lineal de f cerca de ese punto. Regla de la cadena: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

Valor y pendientes en el punto

f(2, −1) = 1,971
fx = 9 cos(3x − y) → fx(2, −1) = 6,785
fy = −3 cos(3x − y) → fy(2, −1) = −2,262

Plano tangente

z = 1,971 + 6,785(x − 2) − 2,262(y + 1)
z = 6,785x − 2,262y − 13,86

Aproximación lineal

L = 1,971 + 6,785·0,05 + (−2,262)·(−0,2) = 2,763

Respuesta

L = 2,763

El valor exacto es f = 2,627; el plano se aproxima bien porque el incremento es pequeño.

6.Cálculo multivariable

Respuesta: I = 1,333

Puntos críticos e integrales dobles: un punto crítico cumple fx = fy = 0. Criterio de la segunda derivada con D = fxxfyy − fxy²: D > 0 y fxx > 0 es un mínimo local, D > 0 y fxx < 0 un máximo local, D < 0 un punto de silla, y D = 0 no decide nada. En una integral doble sobre una región general, los límites interiores son las curvas que acotan la región; para discos y sectores usa coordenadas polares, x = r cos θ, y = r sin θ y dA = r dr dθ (no olvides el factor r).

Intersecciones

x² = 2x → x = 0, x = 2

Integral interior

∫x²2x 1 dy = 2x − x²

Integral exterior

I = ∫02 (2x − x²) dx = 1,333

Respuesta

I = 1,333
7.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: k = 0,06859 min⁻¹

Ecuaciones diferenciales de primer orden: dy/dt = k·y tiene la solución y = y₀·ekt (crecimiento para k > 0, decrecimiento para k < 0); un periodo de semidesintegración T da k = ln 2/T. La ley de enfriamiento de Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), da T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Una ecuación lineal y′ + p(x)·y = q(x) se resuelve con el factor integrante μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, así que μy = ∫μq dx + C.

Cociente de diferencias de temperatura

e−5k = 44/62

Despeja k

k = ln(62/44)/5 = 0,06859 min⁻¹

Respuesta

k = 0,06859 min⁻¹
8.Ecuaciones diferenciales

Respuesta: y(0.25) = 2,24

Ecuaciones lineales de segundo orden: para y″ + b·y′ + c·y = 0 prueba y = ert: esto da la ecuación característica r² + b·r + c = 0. Dos raíces reales r₁ ≠ r₂ dan y = A·er₁t + B·er₂t (sobreamortiguado); una raíz doble r da y = (A + Bt)·ert (amortiguamiento crítico); las raíces complejas −α ± jω dan y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (subamortiguado, oscilante). Los valores iniciales y(0) e y′(0) fijan A y B. Escrita como y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn es la frecuencia natural y ζ el factor de amortiguamiento: con ζ < 1 hay oscilación. Con una entrada constante, y″ + by′ + cy = c·K, la solución es el valor estacionario K más la respuesta libre.

Raíces complejas

r = −1 ± 3j

Constantes

A = 3, B = 1·3/3 = 1

Evalúa

y(0,25) = e−0,25(3·cos 0,75 + 1·sin 0,75) = 2,24

Respuesta

y(0,25) = 2,24

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2