Integrali: esercizi con soluzioni passo passo

Detto anche: integrali indefiniti · integrali definiti · integrazione per parti

Esercizi gratuiti su Integrali con schemi, suggerimenti e soluzioni svolte complete. Valori nuovi ogni volta, su tre livelli: polinomi, esponenziali, logaritmi e sostituzione, aree tra curve.

Esercizio gratuitoFacile
xy−2−1

Calcola I = ∫−2−1 (4x2 − 4x + 5) dx.

f(x) = 4x2 − 4x + 5[−2, −1]
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Su cosa ti eserciti

  1. Facilepolinomi
  2. Mediaesponenziali, logaritmi e sostituzione
  3. Difficilearee tra curve

Come risolvere gli esercizi di Integrali

  1. Riscrivi, dove possibile, la funzione integranda come somma di termini semplici.
  2. Applica la regola della potenza: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), e gli integrali notevoli per ex, 1/x, sin e cos.
  3. Usa la sostituzione quando vedi insieme una funzione e la sua derivata.
  4. Per un integrale definito calcola F(b) − F(a).

Errori comuni

  • Dimenticare di dividere per il nuovo esponente.
  • Non cambiare gli estremi di integrazione dopo una sostituzione.
  • Dimenticare + C in un integrale indefinito.

Formule chiave

Regola della potenza
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Integrale definito
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Integrali fondamentali
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Area tra due curve
∫ab (f − g) dx

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Prima di questo: Derivate

1Che cos’è un integrale

Un integrale somma una grandezza che cambia. L’immagine più chiara è quella di un’area sotto un grafico.

Un’auto viaggia a 20 m/s per 5 s. Percorre 20 · 5 = 100 m. In un grafico velocità–tempo, questa è l’area del rettangolo sotto la linea.

xy520100

Quando la velocità cambia, la figura sotto il grafico è curva, ma l’idea è la stessa: l’area è la distanza.

Scriviamo l’area sotto f tra x = a e x = b come:

∫ab f(x) dx

I numeri a e b sono gli estremi dell’integrale. Il dx ti dice che x è la variabile.

Autoverifica Un ciclista pedala a una velocità costante di 10 m/s per 4 s. Qual è l’area sotto il grafico velocità–tempo?
  1. 10 m
  2. 14 m
  3. 2,5 m
  4. 40 m

Risposta: 40 m. L’area è un rettangolo: altezza 10 m/s per larghezza 4 s dà 40 m. Dividere 10 per 4 dà 2,5, che non è un’area.

2Primitive e regola della potenza

L’integrazione è la derivazione al contrario. Una primitiva F di f è una funzione la cui derivata è f.

Poiché (x³)′ = 3x², una primitiva di 3x² è x³. Si può aggiungere qualsiasi costante, quindi scriviamo ∫3x² dx = x³ + C.

La regola della potenza per gli integrali: aumenta l’esponente di uno, poi dividi per il nuovo esponente.

∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C, n ≠ −1
  • Un fattore costante resta davanti: ∫5x² dx = 5x³/3 + C.
  • Una costante da sola: ∫4 dx = 4x + C.
  • In una somma, integra ogni termine separatamente.

Impara anche queste: ∫eˣ dx = eˣ, ∫ekx dx = ekx/k, ∫1/x dx = ln|x|, ∫cos x dx = sin x e ∫sin x dx = −cos x.

Puoi sempre verificare una primitiva: derivala, e devi riottenere la funzione originale.

Autoverifica Quanto vale ∫6x² dx?
  1. 12x + C
  2. 2x³ + C
  3. 3x³ + C
  4. 6x³ + C

Risposta: 2x³ + C. Aumenta l’esponente a 3 e dividi per 3: 6x³/3 = 2x³. 12x è la derivata, non l’integrale, e 6x³ dimentica di dividere per il nuovo esponente.

3Integrali definiti e aree

Un integrale definito ha degli estremi e dà un numero. Trova una primitiva F, poi sottrai i suoi valori ai due estremi.

∫ab f(x) dx = F(b) − F(a)

La costante C si elimina nella sottrazione, quindi qui puoi ometterla.

Esempio: ∫13 3/x dx = 3 ln 3 − 3 ln 1 = 3 ln 3 ≈ 3,296, perché ln 1 = 0.

La sostituzione aiuta quando una funzione si trova dentro un’altra. Per e0,5x, poni u = 0,5x. Il risultato è la regola vista sopra: dividi per 0,5.

∫03 e0,5x dx = 2e0,5x |03 = 2(e1,5 − 1) ≈ 6,963

L’area tra due curve è l’integrale della curva superiore meno la curva inferiore, tra i punti in cui si incontrano.

Per y = 2x e y = x², le curve si incontrano in x = 0 e x = 2. In quell’intervallo 2x sta sopra.

A = ∫02 (2x − x²) dx = 4 − 8/3 = 4/3
Autoverifica Le curve y = x e y = x² si incontrano in x = 0 e x = 1. Tra i due punti, y = x sta sopra. Qual è l’area racchiusa?
  1. 1/2
  2. 1/6
  3. 5/6
  4. −1/6

Risposta: 1/6. ∫(x − x²) dx da 0 a 1 è 1/2 − 1/3 = 1/6. Prendere inferiore meno superiore dà −1/6, e sommare i due integrali dà 5/6.

4Il metodo passo dopo passo

  1. Riscrivi la funzione come somma di termini semplici. Scrivi radici e frazioni come potenze: √x = x1/2.
  2. Trova una primitiva di ogni termine con la regola della potenza o con un integrale notevole.
  3. Controlla rapidamente derivando a mente.
  4. Per un integrale definito, calcola F(b) e F(a) separatamente.
  5. Sottrai: F(b) − F(a). Fai attenzione ai segni meno quando a è negativo.

Per un’area tra curve, risolvi prima f(x) = g(x) per trovare gli estremi, poi integra la curva superiore meno quella inferiore.

5Un esempio svolto

Segui ogni passaggio. Prova a prevedere il successivo prima di aprirlo.

Esempio svolto

Calcola I = ∫02 (3x² + 2x + 1) dx.

1

Integra termine per termine

3x² dà 3x³/3 = x³. 2x dà 2x²/2 = x². La costante 1 dà x.

F(x) = x³ + x² + x
2

Verifica derivando

F′(x) = 3x² + 2x + 1

Questa è la funzione originale, quindi F è corretta.

3

Valore all’estremo superiore

F(2) = 8 + 4 + 2 = 14
4

Valore all’estremo inferiore

F(0) = 0 + 0 + 0 = 0
5

Sottrai

I = F(2) − F(0) = 14 − 0 = 14
xy214

L’integrale è l’area colorata sotto la curva tra x = 0 e x = 2.

Risposta

I = 14

6Errori comuni

  • Dimenticare di dividere per il nuovo esponente.
  • Derivare invece di integrare: abbassare l’esponente invece di aumentarlo.
  • Scrivere ∫1/x dx come x⁰/0. La regola della potenza non funziona per n = −1; usa ln|x|.
  • Dimenticare i segni meno in F(a) quando a è negativo, per esempio (−1)³ = −1.
  • Dimenticare + C in un integrale indefinito, oppure non cambiare gli estremi dopo una sostituzione.
Autoverifica Quanto vale ∫02 x³ dx?
  1. 12
  2. 16
  3. 4
  4. 8

Risposta: 4. F(x) = x⁴/4, quindi F(2) − F(0) = 16/4 − 0 = 4. Dimenticare di dividere per il nuovo esponente 4 dà 16.

7Come sono fatte le domande d’esame

  • Facile: un integrale definito di un polinomio, a volte con estremi negativi. Usa la regola della potenza e F(b) − F(a).
  • Medio: esponenziali, logaritmi e sostituzione, come ∫e0,5x dx o ∫3/x dx tra due estremi.
  • Difficile: l’area racchiusa da due curve, come y = x² e y = 4x. Trova dove si incontrano, poi integra la curva superiore meno quella inferiore.

Un controllo rapido: un’area racchiusa da due curve è sempre positiva. Se ottieni un numero negativo, hai sottratto nell’ordine sbagliato.

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Esempi svolti

Esempio 1Facile
xy3y = 0,5x

La regione sotto y = 0,5x da x = 0 a x = 3 viene ruotata attorno all’asse x. Trova il volume V del solido (un cono).

y = 0,5x0 ≤ x ≤ 3

Calcola V

Mostra i suggerimenti
  1. Una fetta in x è un disco di raggio y = 0,5x.
  2. V = π∫₀3 (0,5x)² dx.
  3. = π·0,25·x³/3.
Mostra la risposta e la soluzione passo passo

Volumi di rotazione: ruotando attorno all’asse x la regione sotto y = f(x) da x = a a x = b si ottiene un solido la cui sezione in x è un disco di raggio f(x). Sommando i dischi si ha V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Quando la regione sta tra una curva esterna R(x) e una interna r(x), ogni fetta è una rondella: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Eleva al quadrato i raggi prima di sottrarli.

Metodo dei dischi

V = π∫₀3 0,25x² dx

Integra

V = π·0,25·3³/3 = 7,069

Risposta

V = 7,069

Verifica: un cono di raggio 1,5 e altezza 3 ha (1/3)πr²h = 7,069.

Esempio 2Media
xy2y = x·cos x

Calcola I = ∫₀2 x·cos x dx (x in radianti).

∫₀2 x·cos x dx

Calcola I

Mostra i suggerimenti
  1. Prendi u = x e dv = cos x dx.
  2. v = sin x.
  3. ∫x cos x dx = x sin x + cos x.
Mostra la risposta e la soluzione passo passo

Integrazione per parti: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, dalla regola del prodotto. Scegli u come il fattore che si semplifica quando lo derivi (una potenza di x, o ln x), e dv come il fattore che sai integrare (eˣ, sin x, cos x, o x quando u = ln x). Per un integrale definito, calcola u·v a entrambi gli estremi: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Un fattore x² richiede due passaggi.

Scegli u e dv

u = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x

Primitiva

∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x

Limiti

(2·sin 2 + cos 2) − (0 + 1) = 0,4024

Risposta

I = 0,4024
Esempio 3Difficile
xyy = 2x2​y = x

Trova l'area A della regione delimitata da y = 2x2 e y = x.

y = 2x2y = x

Calcola A

Mostra i suggerimenti
  1. Trova prima dove si intersecano le curve: uguagliale.
  2. Si intersecano in x = 0 e x = 0,5. In mezzo la retta sta sopra la parabola.
  3. A = ∫00,5 (x − 2x2) dx.
Mostra la risposta e la soluzione passo passo

Integrali definiti: ∫ₐᵇ f(x) dx è l'area con segno tra il grafico e l'asse x da a a b. Trova una primitiva F (con F′ = f) e calcola F(b) − F(a). Regola della potenza: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). L'area tra due curve è ∫(superiore − inferiore) dx.

Punti di intersezione

2x2 = x → x = 0, x = 0,5

Integra superiore meno inferiore

A = [0,5x2 − 0,6667x3]00,5 = 0,04167

Risposta

A = 0,04167

Domande e risposte

Integrali: di cosa si tratta?

Un integrale somma una grandezza che cambia. L’immagine più chiara è quella di un’area sotto un grafico.

Un’auto viaggia a 20 m/s per 5 s. Percorre 20 · 5 = 100 m. In un grafico velocità–tempo, questa è l’area del rettangolo sotto la linea.

Integrali: come si risolvono gli esercizi passo per passo?
  1. Riscrivi, dove possibile, la funzione integranda come somma di termini semplici.
  2. Applica la regola della potenza: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), e gli integrali notevoli per ex, 1/x, sin e cos.
  3. Usa la sostituzione quando vedi insieme una funzione e la sua derivata.
  4. Per un integrale definito calcola F(b) − F(a).
Integrali: quali sono gli errori più comuni?
  • Dimenticare di dividere per il nuovo esponente.
  • Non cambiare gli estremi di integrazione dopo una sostituzione.
  • Dimenticare + C in un integrale indefinito.
Integrali: che cosa si esercita?
  • Facile: polinomi
  • Media: esponenziali, logaritmi e sostituzione
  • Difficile: aree tra curve

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