重積分の計算問題

■問題

次の重積分の値を求めよ.

∬ D ( 2x+y )dxdy    ( D: x 2 ≦y≦x+2 )

■答

117 10

■ヒント

はじめに領域 D を作図し, x , 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 は

x 2 ≦y≦x+2

であることより

曲線   y= x 2  ・・・・・・(1)

直線   y=x+2  ・・・・・・(2)

で囲まれた領域である.(1),(2)の の交点を求めると

x 2 = x + 2

x 2 − x − 2 = 0

( x + 1 ) ( x − 2 ) = 0

x=−1,2

q3-4

y=x+2 にそれぞれ代入することにより,交点は ( − 1 , 1 ) , ( 2 , 4 ) の2点となる.

領域 D を作図すると右図のようにな.

これより積分範囲を決定すると

∬ D ( 2 x + y ) d x d y

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

まず, ∫ x 2 x+2 2x+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. 

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

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

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

更に x で積分する. 

= ∫ − 1 2 ( 2 x 2 + 4 x + 1 2 x 2 + 2 x + 2 − 2 x 3 − 1 2 x 4 ) d x

= ∫ − 1 2 ( − 1 2 x 4 − 2 x 3 + 4 + 1 2 x 2 + 6 x + 2 ) d x

= ∫ − 1 2 ( − 1 2 x 4 − 2 x 3 + 5 2 x 2 + 6 x + 2 ) d x

= [ − 1 10 x 5 − 1 2 x 4 + 5 6 x 3 + 3 x 2 + 2 x ] − 1 2

= − 1 10 · 2 5 − 1 2 · 2 4 + 5 6 · 2 3 + 3 · 2 2 + 2 · 2

− { − 1 10 · ( − 1 ) 5 − 1 2 · ( − 1 ) 4 + 5 6 · ( − 1 ) 3 + 3 · ( − 1 ) 2 + 2 · ( − 1 ) }

= − 16 5 − 8 + 20 3 + 12 + 4 − ( 1 10 − 1 2 − 5 6 + 3 − 2 )

= − 16 5 + 20 3 + 8 − 1 10 + 1 2 + 5 6 − 1

= − 96 + 200 + 240 − 3 + 15 + 25 − 30 30

= 351 30

= 117 10

 

ホーム>>カテゴリー分類>>積分>>重積分>>重積分の計算問題>>問題

学生スタッフ作成

最終更新日: 2023年8月3日