重積分の計算問題

■問題

次の重積分の値を求めよ.

∬ D ( x+y )dxdy    (  D :  x 3 +y≦2 , x≧0 , y≧0  )

■答

16

■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

領域 D より

x 3 +y  ≦2

y  ≦− x 3 +2

y≧0  を考慮すると

0≦y≦− x 3 +2

これを満たす x の条件は

− x 3 +2 ≧0

− x 3   ≧−2

x  ≦6

x≧0  を考慮すると

0≦x≦6

以上から領域 D は

D : 0≦x≦6 , 0≦y≦− x 3 +2

となるので

∬ D ( x + y ) d x d y

= ∫ 0 6 ( ∫ 0 − x 3 + 2 ( x + y ) d y ) d x

x を定数とみなして y について積分する. 

= ∫ 0 6 [ x y + 1 2 y 2 ]   0   − x 3 + 2 d x

= ∫ 0 6 { x   ·   ( − x 3 + 2 ) + 1 2 ( − x 3 + 2 ) 2 − ( x   ·   0 + 1 2   ·   0 ) } d x  

= ∫ 0 6 { − 1 3 x 2 + 2 x + 1 2 ( 1 9 x 2 − 4 3 x + 4 ) − 0 } d x

= ∫ 0 6 { − 1 3 x 2 + 2 x + 1 18 x 2 − 2 3 x + 2 } d x

= ∫ 0 6 { ( − 6 + 1 18 ) x 2 + ( 6 − 2 3 ) x + 2 } d x

= ∫ 0 6 { − 5 18 x 2 + 4 3 x + 2 } d x

更に x で積分する. 

= [ − 5 54 x 3 + 2 3 x 2 + 2 x ]   0   6

= − 5 54   ·   6 3 + 2 3   ·   6 2 + 2   ·   6 − ( 5 54   ·   0 3 − 2 3   ·   0 2 + 2   ·   0 )

= − 5   ·   216 54 + 2   ·   36 3 + 12 − 0

= − 5   ·   4 + 2   ·   12 + 12

= − 20 + 24 + 12

= 16

 

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最終更新日: 2023年8月3日