重積分の計算問題

■問題

適当な変数変換を行って次の重積分を計算せよ.

∬ D 64xydxdy    ( D:1≦x+y≦2,−2≦x−3y≦0 )

■答

52 3

■ヒント

x+y=u , x−3y=v とおく変数変換により,積分の計算を簡単化する。ヤコビアンの計算式も参考にする.

■解き方

領域 D  

領域 D ′  

x+y=u , x−3y=v とおくと

x= 1 4 ( 3u+v ) , y= 1 4 ( u−v )

となる.この変数変換によるヤコビアンは

J( u,v )=| 3 4 1 4 1 4 − 1 4 |=− 3 16 − 1 16 =− 1 4

となる.変数変換により x,y の領域 D は u,v の領域 D ′

D ′ : 1≦u≦ 2, -2≦v≦ 0

に変換される.よって

(与式) = ∬ D ′ 64· 1 4 ( 3u+v ) · 1 4 ( u−v )· 1 4 dudv

= ∬ D ′ ( 3 u 2 −2uv− v 2 ) dudv

= ∫ 1 2 ∫ −2 0 3 u 2 −2uv− v 2 dv du

= ∫ 1 2 [ 3 u 2 v−u v 2 − 1 3 v 3 ] −2 0 du

= ∫ 1 2 ( 6 u 2 +4u− 8 3 ) du

= [ 2 u 3 +2 u 2 − 8 3 u ] 1 2

={ ( 16+8− 16 3 )−( 2+2− 8 3 ) }

= 52 3

 

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最終更新日: 2023年10月19日