Διπλό ολοκλήρωμα

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

Άβαταρ μέλους
erxmer
Δημοσιεύσεις: 1615
Εγγραφή: Δευ Σεπ 13, 2010 7:49 pm
Επικοινωνία:

Διπλό ολοκλήρωμα

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από erxmer »

Υπολογίστε το \displaystyle{\iint_{L} (x\cos(x^3)+y^4\sin y+1)\, dxdy\,,\quad L=[(x,y) \in R^2: x^2+y^2\leq 1]}\,.

Ετικέτες:
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Διπλό ολοκλήρωμα

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

\displaystyle{I = \iint\limits_L {\left( {x\cos {x^3} + {y^4}\sin y + 1} \right)dxdy}}

Θέτουμε \displaystyle{x = r\cos \theta {\text{  \&    }}y = r\sin \theta } . Τότε η Ιακωβιανή του μετασχηματισμού είναι \displaystyle{\frac{{\partial \left( {x,y} \right)}}{{\partial \left( {r,\theta } \right)}} = r} (έχει υπολογιστεί κι’ αλλού).

Οπότε \displaystyle{I = \int\limits_0^{2\pi } {\int\limits_0^1 {\left( {r\cos \theta \cos \left( {{r^3}{{\cos }^3}\theta } \right) + {r^4}{{\sin }^4}\theta \sin \left( {r\sin \theta } \right) + 1} \right)rdrd\theta } }  = \int\limits_0^1 {{r^2}\int\limits_0^{2\pi } {\left( {\cos \theta \cos \left( {{r^3}{{\cos }^3}\theta } \right)} \right)d\theta dr} }  + }

\displaystyle{ + \int\limits_0^1 {{r^5}\int\limits_0^{2\pi } {\left( {{{\sin }^4}\theta \sin \left( {r\sin \theta } \right)} \right)d\theta dr} }  + \int\limits_0^{2\pi } {\int\limits_0^1 {rdrd\theta } }  = \int\limits_0^1 {{r^2} \cdot {I_1}\left( r \right)dr}  + \int\limits_0^1 {{r^5} \cdot {I_2}\left( r \right)dr}  + {I_3}}

Όμως
\displaystyle{{I_1}\left( r \right) = \int\limits_0^{2\pi } {\left( {\cos \theta \cos \left( {{r^3}{{\cos }^3}\theta } \right)} \right)d\theta }  = \int\limits_0^\pi  {\left( {\cos \theta \cos \left( {{r^3}{{\cos }^3}\theta } \right)} \right)d\theta }  + \int\limits_\pi ^{2\pi } {\left( {\cos y\cos \left( {{r^3}{{\cos }^3}y} \right)} \right)dy}  = \mathop  = \limits^{y = 2\pi  - \theta }  = }

\displaystyle{ = 2\int\limits_0^\pi  {\left( {\cos \theta \cos \left( {{r^3}{{\cos }^3}\theta } \right)} \right)d\theta }  = 2\int\limits_0^{\pi /2} {\left( {\cos \theta \cos \left( {{r^3}{{\cos }^3}\theta } \right)} \right)d\theta }  + 2\int\limits_{\pi /2}^\pi  {\left( {\cos x\cos \left( {{r^3}{{\cos }^3}x} \right)} \right)dx}  = \mathop  = \limits^{x = \pi  - \theta }  = }

\displaystyle{ = 2\int\limits_0^{\pi /2} {\left( {\cos \theta \cos \left( {{r^3}{{\cos }^3}\theta } \right)} \right)d\theta }  + 2\int\limits_{\pi /2}^0 {\left( {\cos \theta \cos \left( { - {r^3}{{\cos }^3}\theta } \right)} \right)d\theta }  = 0}

Επίσης \displaystyle{{I_2}\left( r \right) = \int\limits_0^{2\pi } {\left( {{{\sin }^4}\theta \sin \left( {r\sin \theta } \right)} \right)d\theta }  = \int\limits_0^\pi  {\left( {{{\sin }^4}\theta \sin \left( {r\sin \theta } \right)} \right)d\theta }  + \int\limits_\pi ^{2\pi } {\left( {{{\sin }^4}x\sin \left( {r\sin x} \right)} \right)dx}  = \mathop  = \limits^{x = 2\pi  - \theta }  = }

\displaystyle{ = \int\limits_0^\pi  {\left( {{{\sin }^4}\theta \sin \left( {r\sin \theta } \right)} \right)d\theta }  - \int\limits_\pi ^0 {\left( {{{\sin }^4}\theta \sin \left( { - r\sin \theta } \right)} \right)d\theta }  = \int\limits_0^\pi  {\left( {{{\sin }^4}\theta \sin \left( {r\sin \theta } \right)} \right)d\theta }  - \int\limits_0^\pi  {\left( {{{\sin }^4}\theta \sin \left( {r\sin \theta } \right)} \right)d\theta }  = 0}

και \displaystyle{{I_3} = \int\limits_0^{2\pi } {\int\limits_0^1 {rdrd\theta } }  = 2\pi \int\limits_0^1 {rdr}  = \pi } . Τελικά \displaystyle{\boxed{I = \pi }}
Σεραφείμ Τσιπέλης
Mihalis_Lambrou
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 18874
Εγγραφή: Κυρ Δεκ 21, 2008 2:04 am

Re: Διπλό ολοκλήρωμα

#3

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Mihalis_Lambrou »

erxmer έγραψε: Υπολογίστε το \displaystyle{\iint_{L} (x\cos(x^3)+y^4\sin y+1)\, dxdy\,,\quad L=[(x,y) \in R^2: x^2+y^2\leq 1]}\,.
Κλέβοντας την ιδέα του Σεραφείμ αλλά χωρίς μετατροπή σε πολικές, έχουμε

α) \displaystyle{\iint_{L} x\cos (x^3)dxdy = \int _{-1}^1 \left ( \int _{-\sqrt{1-y^2}}^{\sqrt{1-y^2}}x\cos (x^3)dx\right ) dy}.

Αλλά το μέσα ολοκλήρωμα (και άρα όλο) ισούται με 0 καθώς ολοκληρώνουμε μία περιττή συνάρτηση σε διάστημα συμμετρικό ως προς το 0.

β) Όμοια \displaystyle{\iint_{L} y^4\sin ydxdy = \int _{-1}^1 \left ( \int _{-\sqrt{1-x^2}}^{\sqrt{1-x^2}} y^4\sin ydy\right ) dx} =0 για τον ίδιο λόγο.

γ) \displaystyle{\iint_{L} 1dxdy = εμβαδόν κύκλου ακτίνας 1 = \pi.

Προσθέτωντας κατά μέλη, το ζητούμενο ολοκλήρωμα ισούται με \pi.

Φιλικά,

Μιχάλης
Απάντηση

Επιστροφή στο “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 4 επισκέπτες