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¿Por qué no es $\int \frac{1}{x}~dx = \frac{x^0}{0}$?

Sé que $\int \frac{1}{x}~dx = \ln|x| + C$ y sé que el método de la antiderivada funciona para todos los exponentes de $x$ excepto $-1$. ¿Pero por qué es ese el caso? Todavía estoy en la escuela secundaria y los profesores no son realmente útiles con estas preguntas.

Edición: Me doy cuenta de que dividir por cero no tiene sentido. Esa no es la pregunta. Solo porque dividir por cero no tenga sentido no significa que los matemáticos elijan ignorarlo y simplemente inventar una nueva respuesta. Tiene que haber una explicación, y eso es lo que estoy pidiendo. La explicación.

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fleablood Puntos 5913

En cierto sentido lo es.

$\lim_{h\rightarrow 0} \frac {x^h}{h}= \ln x + 1$

Entonces $\int \frac 1x dx = \ln x + 1 + C = \ln x + C$.

$\int x^n = \frac {x^{n+1}}n +C$ no es magia. Es la respuesta a "¿qué función $F$ es tal que $F'(x) =\lim \frac {F(x+h) - F(x)}h = f(x)$?"

Dado que $\frac {x^0}0$ no es ninguna función en absoluto no puede existir ninguna función con ella como antiderivada.

Sin embargo, para todo $k \ne 0$, $\frac {x^k}k$ es una función y sí sigue que $\int x^{k-1} = \frac {x^k}{k} + C$.

Lo que plantea la pregunta: Bueno, mientras no estemos evaluando en $x = 0$ entonces la función $\frac 1x$ se comporta perfectamente bien por lo que debería tener una antiderivada; ¿cuál es?

Y simplemente definimos, de la nada, que es, por definición una función que llamamos $\ln x = \int_{1}^x \frac 1x dx$.

Y aunque normalmente no lo hacemos, podemos mostrar que $\lim_{h\rightarrow 0} \frac {x^h}{h}= \ln x + 1$ así que podría haber sido nuestra definición en su lugar.

(Lo que normalmente hacemos en su lugar es demostrar que $\lim_{n\rightarrow \infty} (1 + \frac 1n)^n$ existe como un número real. Definimos ese número como $e$ y mostramos que $\ln x = \log_e x$).

(Realmente lo que hacemos es un poco más complicado ya que tenemos que definir qué significa $\log_b$ y tenemos que definir qué significa $b^x; x \in \mathbb R$ primero. Lo cual usualmente implica encontrar el valor de $e$ como un límite o la función $\ln x$ como un límite).

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