重積分の計算問題

■問題

次の重積分の値を求めよ.

∬ D xydxdy    (  D : 2x+ y 2 ≦1 , x≧0 , y≧0  )

■答

1 24

■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

2x+ y 2 ≦1

y 2   ≦−2x+1

y  ≦−4x+2

y≧0  を考慮すると

0≦y≦−4x+2

これを満たす x の条件は

−4x+2 ≧0

−4x  ≧−2

x  ≦ 1 2

x≧0  を考慮すると

0≦x≦ 1 2

以上から領域 D は

D : 0≦x≦ 1 2  , 0≦y≦−4x+2

と書き換えられる.よって

∬ D x y d x d y

= ∫ 0 1 2 ( ∫ 0 − 4 x + 2 x y d y ) d x

まず, ∫ 0 −4x+2 xydy を計算する. x を定数とみなして y について積分する. 

= ∫ 0 1 2 [ 1 2 x y 2 ]   0   − 4 x + 2 d x

= ∫ 0 1 2 { 1 2 x ( − 4 x + 2 ) 2 − 1 2 x   ·   0 2 } d x

= ∫ 0 1 2 { 1 2 x ( 16 x 2 − 16 x + 4 ) − 0 } d x

= ∫ 0 1 2 ( 8 x 3 − 8 x 2 + 2 x ) d x

積分結果を更に x で積分する. 

= [ 2 x 4 − 8 3 x 3 + x 2 ]   0   1 2

= 2   ·   ( 1 2 ) 4 − 8 3   ·   ( 1 2 ) 3 + ( 1 2 ) 2 − ( 2   ·   0 4 + 8 3   ·   0 3 + 0 2 )

= 1 8 − 1 3 + 1 4 − 0

= 3 − 8 + 6 24

= 1 24




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最終更新日: 2023年8月3日