重積分の計算問題

■問題

次の重積分の値を求めよ.

∬ D ( 4−x−y )dxdy    (  D : 0≦x≦2 , −x≦y≦x  )

■答

32 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

領域 D の範囲より

∬ D ( 4 − x − y ) d x d y

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

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

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

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

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

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

= ∫ 0 2 ( − 2 x 2 + 8 x ) d x

重積分の基本公式 から-2を積分記号の前にくくりだす. 

= − 2 ∫ 0 2 ( x 2 − 4 x ) d x

更に x で積分する. 

= − 2 [ 1 3 x 3 − 2 x 2 ]   0   2

= − 2 { 1 3   ·   2 3 − 2   ·   2 2 − ( 1 3   ·   0 3 − 2   ·   0 2 ) }

= − 2 ( 8 3 − 8 − 0 )

= − 2   ·   8 − 24 3

= − 2   ·   ( − 16 3 )

= 32 3

 

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最終更新日: 2023年8月19日