重積分の基礎

■問題

次の2重積分を求めよ.その際領域 D の図を描くこと.

∬ D y 2 dxdy    ( D: x 2 + y 2 ≦9,x≧0 )

■答

81 8 π  

■ヒント

極座標表示に変数変換する.

■解説

{ x=rcosθ y=rsinθ とおき変数変換する.このときヤコビアン J は

J= ∂( x,y ) ∂( r,θ ) =| ∂x ∂r ∂x ∂θ ∂y ∂r ∂y ∂θ | =| cosθ −rsinθ sinθ rcosθ | =r cos 2 θ+r sin 2 θ=r  

よって,

dxdy→ J drdθ= r drdθ=rdrdθ

となる.

積分領域は

D: x 2 + y 2 ≦9,x≧0   →  D ′ : 0≦r≦3 , − π 2 ≦θ≦ π 2

となる.

∬ D y 2 dxdy

= ∫ 0 3 ∫ − π 2 π 2 rsinθ 2 rdθ dr

= ∫ 0 3 ( ∫ − π 2 π 2 r 3 sin 2 θdθ ) dr

= ∫ 0 3 ( 2 r 3 ∫ 0 π 2 sin 2 θdθ ) dr  

= ∫ 0 3 2 r 3 ⋅ 1 2 ⋅ π 2 dr  

= π 2 ∫ 0 3 r 3 dr

= π 2 ∫ 0 3 r 3 dr  

= π 2 [ 1 4 r 4 ] 0 3  

= 81 8 π  

 

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最終更新日: 2026年10月6日