Incluir bibliografía en el índice (tabla de contenidos)

La solución probablemente más cómoda sea usar el paquete tocbibind que automáticamente hace esta tarea, simplemente incluyéndolo:

\usepackage{tocbibind}

No sólo actúa sobre el índice del documento, sino que, si usamos pdflatex, se actualiza también la sección "bookmarks" del fichero PDF resultante (cuyo contenido aparece en Adobe Acrobat Reader para facilitar la navegación por el documento).

Sin embargo, el comportamiento por defecto de este paquete pasa por incluir también referencias al ándice general (tabla de contenidos), ándice de tablas, ándice de figuras, etc. dentro del propio índice general, lo cual puede no ser de nuestro agrado. Para evitar la inserción de estos elementos, se invoca al paquete con las opciones nottoc (no incluir el ándice general), notlot (no incluir el ándice de tablas), notlof (no incluir el ándice de figuras), notindex (no incluir el ándice alfabético), notbib (no incluir la bibliografía, aunque si estás consultando este apartado no será este el caso). Por ejemplo, para incluir todas estas secciones pero no el propio índice general:

\usepackage[nottoc]{tocbibind}

Pero, por desgracia, si el documento es de clase book y está subdividido en partes (\part), pueden aparecer problemas. Supongamos que deseamos que el documento tenga la estructura de la izquierda.

Estructura deseada
 
Estructura obtenida
  • Índice de materias
  • Índice de figuras
  • Índice de tablas
  • Prefacio
  • Parte
    • Capítulo
    • ...
  • Parte
    • Capítulo
    • ...
  • Parte
    • Capítulo
    • ...
  • Bibliografía
 
  • Índice de materias
  • Índice de figuras
  • Índice de tablas
  • Prefacio
  • Parte
    • Capítulo
    • ...
  • Parte
    • Capítulo
    • ...
  • Parte
    • Capítulo
    • ...
    • Bibliografía

En el documento principal LaTeX tendremos lo siguiente:

...
\begin{document}
...

\mainmatter
...
\part{Última parte}
\chapter{...}
...
\chapter{...}
...

\backmatter
\begin{thebibliography} ... \end{thebibliography} % o bien \bibliography{referencias.bib} si usamos BiBTeX
\end{document}

Sin embargo, la bibliografía aparecerá como perteneciente a la última parte (estructura mostrada a la derecha). Ello se debe a que la bibliografía sigue el tratamiento de un capítulo (sin numeración), y no se ha indicado de ninguna manera el final de la última parte antes de comenzar con la bibliografáa. Realmente esto no se aprecia en las páginas del índice de materias, pero si estamos trabajando con pdflatex se hace evidente gracias a la sección bookmarks de Adobe Acrobat Reader. Para solucionar el problema, haremos uso de un truco: justo antes de empezar la sección de bibliografía, se redefine el nivel de un capítulo dentro en el índice de materias con el correpondiente a una parte, así:

...

\backmatter
\makeatletter
  \renewcommand*{\toclevel@chapter}{-1} % hacer que chapter se ponga al nivel de part
\makeatother
\begin{thebibliography} ... \end{thebibliography} % o bien \bibliography{referencias.bib} si usamos BiBTeX
\end{document}

Una posible opción para ocultar el fragmento de código anterior en el cuerpo del documento podráa ser redefinir el comando \backmatter de modo que incluya lo anterior:

...
\makeatletter % necesario para que reconozca a '@' como carácter normal
  \renewcommand\backmatter{ % ----- aquí empieza la definición de \backmatter según la clase book
    \if@openright
      \cleardoublepage
    \else
      \clearpage
    \fi
    \@mainmatterfalse % ----- aquí termina la definición de \backmatter según la clase book
    \renewcommand*{\toclevel@chapter}{-1} % añadimos el comando a la definición de \backmatter
  }
\makeatother
...
\begin{document}
...
\backmatter % ya no hace falta incluir explícitamente el truco
\begin{thebibliography} ... \end{thebibliography} % o bien \bibliography{referencias.bib} si usamos BiBTeX
\end{document}