重積分の計算問題

■問題

次の重積分の値を求めよ.

∬ D ( x 2 + y 2 )dxdy    ( D:−2≦x≦2,−2≦y≦2 )

■答

= 128 3  

■ヒント

領域 D より変数 x と変数 y の積分範囲を決定する.

次に, x を定数とみなして y について積分し,その結果を更に x で積分する.

■解説

∬ D ( x 2 + y 2 )dxdy

領域 D より変数 x と変数 y 積分範囲を決定する.

= ∫ −2 2 { ∫ −2 2 ( x 2 + y 2 )dy } dx

まず, ∫ −2 2 x 2 + y 2 dy の計算をする. x を定数とみなして y について積分する.

= ∫ −2 2 [ x 2 y+ 1 3 y 3 ] −2 2 dx

= ∫ −2 2 [ x 2 ·2+ 1 3 · 2 3 −{ x 2 ·( −2 )+ 1 3 · ( −2 ) 3 } ]dx

= ∫ −2 2 { 2 x 2 + 8 3 −( −2 x 2 − 8 3 ) }dx

= ∫ −2 2 ( 2 x 2 + 8 3 +2 x 2 + 8 3 )dx

= ∫ −2 2 ( 4 x 2 + 16 3 )dx

重積分の基本公式から4を積分記号の前にくくりだす. 

=4 ∫ −2 2 ( x 2 + 4 3 )dx  

積分結果を更に x で積分する. 

=4 [ 1 3 x 3 + 4 3 x ] −2 2  

=4[ 1 3 · 2 3 + 4 3 ·2−{ 1 3 · ( −2 ) 3 + 4 3 ·( −2 ) } ]  

=4{ 8 3 + 8 3 −( − 8 3 − 8 3 ) }  

=4( 8 3 + 8 3 + 8 3 + 8 3 )  

=4· 8 3 ·4  

= 128 3  

 

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最終更新日: 2023年8月2日