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Pregunta sobre los límites de integración con sustitución

Tengo que evaluar una integral sencilla. Puedo obtener la antiderivada mediante integración por sustitución. Sin embargo, la integral es una integral definida. Ahora, tengo una pregunta en cuanto a cómo transformar los límites de la integración cuando se hace una sustitución:

La integral lo es: $$ \int_R^0 \sqrt {\dfrac{Rr} {R-r}} dr $$

Hago una sustitución $ r = R\sin^2A $

La integral se reduce entonces a: $$ \int_a^b R^{3/2}\cdot(2\sin^2A)\ dA = R^{3/2}\Big[ A - \dfrac{\sin2A}{2} \Big]_a^b $$

(donde $a$ y $b$ son los nuevos límites).

Ahora, a calcular los nuevos límites:

cuando $r = R\sin^2 A = 0$ entonces $ A = 0 $ . Entre muchos valores posibles, elegí $ A = 0 $ . Cuando $r = R\sin^2 A = R$ entonces $ A = \pi/2 $ o $A = -pi/2$ . Obviamente, la respuesta depende de los valores que elija para $A$ . Ahora bien, aquí no estoy eligiendo valores de $A$ en el que entra en juego la naturaleza periódica de la función seno . Si tomamos los límites como $ \{ pi/2, 0 \} $ obtenemos una respuesta diferente a la que obtenemos tomando los límites como $ \{-pi/2, 0 \} $ . Obviamente algo va mal aquí. ¿De qué se trata?

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user84413 Puntos 16027

Creo que el problema de elegir los límites está relacionado con la simplificación del integrando. Cuando simplificas $\sqrt{\frac{\sin^{2}A}{\cos^{2}A}}$ para obtener $\frac{\sin A}{\cos A}$ estás asumiendo que $\tan A=\frac{\sin A}{\cos A}\ge0$ así que tienes que elegir tus límites para asegurarte de que esto es válido para tus valores de A.

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Suraj M S Puntos 1462

En su sustitución $A$ es la variable. $$r = R\sin^2(A)$$ $$dr = 2R\sin(A)\cos(A)dA $$ y además los límites cambian a $ \frac{π}{2}$ a $0$ y la integral se vuelve más resoluble.

se obtiene la respuesta al resolver como $$ I = -\frac{R^{\frac{3}{2}}π}{2}$$ esto es lo que recibo.

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