La integral que queremos solucionar es la siguiente:
√m2E∫dy√1+mgEy−12kEy2
La expresión dentro de la raíz cuadrada se puede escribir cómo:
−12kEy2+mgEy+1=−(12kEy2−mgEy−1)
=−[(√k2Ey−mg2E√2Ek)2−(1+(mgE)22E4k)]
=(1+(mg)22Ek)−(√k2Ey−mg√2Ek)2
Luego la integral queda de la forma:
√m2E∫dy√(1+(mg)22Ek)−(√k2Ey−mg√2Ek)2
Factorizamos (1+(mg)22Ek):
√m2E∫dy√(1+(mg)22Ek)√1−(√k2Ey−mg√2Ek)2(1+(mg)22Ek)
Ahora sí u2=(√k2Ey−mg√2Ek)2(1+(mg)22Ek), luego u=(√k2Ey−mg√2Ek)√(1+(mg)22Ek) y du=√k2Edy√(1+(mg)22Ek), o lo que es lo mismo: 2Ekdu=dy√(1+(mg)22Ek), así finalmente nuestra integral se reduce a:
√mk∫du√1−u2=√mkarcsen(u)+C
Deshacemos el cambio de variable y obtenemos la respuesta finalmente (organizando un poco los términos) de nuestra integral:
√m2E∫dy√1+mgEy−12kEy2=√mkarcsen(ky−mgm2g2+2Ek)
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