L’integrazione per parti ti aiuta a calcolare integrali di prodotti come xexx e^x o xln⁡xx \ln x quando uno dei fattori si semplifica dopo la derivazione. Lo scopo non è usare una formula elegante tanto per farlo. Lo scopo è trasformare l’integrale originale in uno più semplice.

Deriva dall’inversione della regola del prodotto. Se il nuovo integrale non è più semplice, probabilmente l’integrazione per parti non è la scelta giusta.

Formula dell’integrazione per parti

Se scegli una funzione uu e una parte differenziale dvdv, allora

∫u dv=uv−∫v du\int u\,dv = uv - \int v\,du

Questa è la formula dell’integrazione per parti. È utile solo quando il nuovo integrale ∫v du\int v\,du è più semplice di quello originale.

Perché la formula funziona

Parti dalla regola del prodotto scritta in forma differenziale:

d(uv)=u dv+v dud(uv) = u\,dv + v\,du

Integra entrambi i membri rispetto a xx:

∫d(uv)=∫u dv+∫v du\int d(uv) = \int u\,dv + \int v\,du

Quindi

uv=∫u dv+∫v duuv = \int u\,dv + \int v\,du

e riordinando ottieni

∫u dv=uv−∫v du\int u\,dv = uv - \int v\,du

Non serve ridimostrarla ogni volta, ma è per questo che compare il segno meno.

Come scegliere uu e dvdv

Scegli uu come la parte che diventa più semplice dopo la derivazione. Scegli dvdv come la parte che puoi integrare senza troppe difficoltà.

Un criterio pratico molto comune è LIATE: logaritmica, trigonometrica inversa, algebrica, trigonometrica, esponenziale. È solo una guida, non una regola, ma spesso aiuta quando più di una scelta sembra ragionevole.

In pratica, l’integrazione per parti è comune quando vedi:

  • un polinomio moltiplicato per exe^x o per una funzione trigonometrica,
  • un logaritmo come ln⁡x\ln x, spesso trattato come ln⁡x⋅1\ln x \cdot 1,
  • una funzione trigonometrica inversa come arctan⁡x\arctan x.

Il controllo rapido migliore è questo: dopo aver scelto uu, chiediti se dudu è chiaramente più semplice. Se la risposta è no, prova una scelta diversa.

Esempio svolto: ∫xln⁡x dx\int x \ln x\,dx

Questo è un esempio classico perché ln⁡x\ln x diventa molto più semplice quando lo derivi. Riscrivi l’integrando come un prodotto:

∫xln⁡x dx=∫(ln⁡x)(x) dx\int x \ln x\,dx = \int (\ln x)(x)\,dx

Qui la condizione è importante: ln⁡x\ln x è definito per x>0x > 0, quindi lavoriamo in quel dominio.

Scegli

u=ln⁡xdv=x dxu = \ln x \qquad dv = x\,dx

Allora

du=1x dxv=x22du = \frac{1}{x}\,dx \qquad v = \frac{x^2}{2}

Applica la formula:

∫xln⁡x dx=x22ln⁡x−∫x22⋅1x dx\int x \ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \int \frac{x^2}{2}\cdot \frac{1}{x}\,dx

Semplifica l’integrale rimanente:

∫xln⁡x dx=x22ln⁡x−12∫x dx\int x \ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{1}{2}\int x\,dx

Poi integra:

∫xln⁡x dx=x22ln⁡x−12⋅x22+C\int x \ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{1}{2}\cdot \frac{x^2}{2} + C

Quindi la risposta finale è

∫xln⁡x dx=x22ln⁡x−x24+C\int x \ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4} + C

Deriva il risultato per verificarlo:

ddx(x22ln⁡x−x24)=xln⁡x\frac{d}{dx}\left(\frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4}\right) = x\ln x

Questo controllo è il modo più rapido per individuare errori di segno.

Errori comuni nell’integrazione per parti

  1. Scegliere uu e dvdv in modo che il nuovo integrale sia più difficile di quello originale.
  2. Dimenticare il segno meno in uv−∫v duuv - \int v\,du.
  3. Derivare correttamente uu ma integrare dvdv in modo errato.
  4. Dimenticare che alcune espressioni, come ln⁡x\ln x, hanno condizioni sul dominio.
  5. Supporre che ogni prodotto richieda l’integrazione per parti. A volte una sostituzione o una regola di base è meglio.

Quando l’integrazione per parti è utile

Usa questo metodo quando l’integrando ha una struttura che migliora dopo un passaggio di derivazione. I casi tipici includono:

  • polinomio per esponenziale, come ∫xex dx\int x e^x\,dx,
  • polinomio per trigonometrica, come ∫xcos⁡x dx\int x \cos x\,dx,
  • logaritmi o funzioni trigonometriche inverse moltiplicati per 11 o per un altro fattore semplice.

Se il metodo non semplifica l’integrale, fermati e rivaluta. L’integrazione per parti è utile perché riduce la complessità, non perché la formula si applichi in modo meccanico.

Prova un esercizio simile

Prova

∫xsin⁡x dx\int x \sin x\,dx

Usa lo stesso processo decisionale: scegli la parte che si semplifica quando viene derivata, applica la formula una volta e poi deriva la tua risposta per verificarla.

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