重積分の基礎

■問題

積分の順序を変更して次の重積分を求めよ.

∫ 0 2a ∫ x 2 a 6a−x ydy dx

■答

332 15 a 3

■ヒント

与式では y で積分してから x で積分する.この積分を x で積分してから y で積分するように変更する.

■解き方

 

積分順序を変更すると, x で積分するとき, y の値によって積分上限の関数が異なることになるので,以下のように D 1 と D 2 の2つの領域に分けて積分の計算をする.

D 1 :0≦x≦ ay ,0≦y≦4a

D 2 :0≦x≦6a−y,4a≦y≦6a

となるから

(与式) = ∫ 0 4a ∫ 0 ay ydx dy + ∫ 4a 6a ∫ 0 6a−y ydx dy

= ∫ 0 4a y ay dy+ ∫ 4a 6a ( 6a−y )·y dy

= a ∫ 0 4a y 3 2 dy+ ∫ 4a 6a ( 6ay− y 2 ) dy

= 2 5 a [ y 5 2 ] 0 4a + [ 3a y 2 − 1 3 y 3 ] 4a 6a

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

= 64 5 a 3 +{ ( 108 a 3 −72 a 3 )−( 48 a 3 − 64 3 a 3 ) }

= 64 5 a 3 +( 36 a 3 − 80 3 a 3 )

= 64 5 a 3 + 28 3 a 3

= 332 15 a 3

 

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最終更新日: 2023年8月22日