7ª lista - revisão de integrais múltiplas
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7ª Lista - Revisão de Integrais MúltiplasTRANSCRIPT
1 dxdyy2x6x2
O fato das integrais resolvidas nos exemplos 1 e 2 serem iguais Não é acidental. Se f é contínua, ento as duas integrais iteradas so sempre iguais. !i"emos #ue a ordem é irrelevante.
$ntretanto, uma %oa escol&a da ordem pode simplificar os c'lculos. $m alguns casos, pode no ser possível calcular a integral dupla para uma escol&a e ser possível para outra. (eremos isso mais tarde com exemplos.
$xemplo ) Calcule as integrais a%aixo*
a+ ∫ ∫ )
4.1 Teorema:
Se-a o ret/ngulo definido pelas desigualdades %xa ≤≤ , dyc ≤≤ . Se f0x,y+ for contínua
neste ret/ngulo, ento*
∫∫ =
−
dy)2x2 , sendo a regio #ue
consiste de todos os pontos 0 x,y+ tais #ue 2x1 ≤≤− e )y1 ≤≤ .
Exemplo 5
( ){ }1y,2x)*y,x. ≤≤≤≤−= .
O%s* re#3entemente o ret/ngulo ( ){ }dyc, %xa*y,x. ≤≤≤≤= é expresso
como [ ] [ ]d,cx %,a por simplificao.
Exemplo ! !etermine o volume do s5lido limitado acima pelo plano yx4" −−= e a%aixo pelo ret/ngulo [ ] [ ]2,x2, = .
Exemplo "
Calcule ∫∫
[ ] [ ]π= ,x2,1
4.2 I#$e%ra&' (pla' 'o*re re%&+e' %e#,r&-a'
4.2.1 De&#&/ão 1
a+ ma regio do tipo 7 é limitada 8 es#uerda e 8 direita por retas verticais x0a e x 0 * e é limitada a%aixo e acima por curvas contínuas 0%1x) e 0 %2x) onde %1x) %2x) para
a x * .
%+ ma regio do tipo 77 é limitada a%aixo e acima por retas &ori"ontais 0- e 0 ( e é limitada 8 es#uerda e 8 direita por curvas contínuas x031) e x 0 32$) onde 31) 32x) para - x (
(e-a ig 1 e ig. 2.
4.2.2 Teorema
∫∫ ∫ ∫ =
%
∫∫ ∫ ∫ =
dxdy+y,x0f d+y,x0f
Exemplo Calcular o volume do s5lido delimitado superiormente pelo gr'fico de yx4" −−= , inferiormente pela regio delimitada por x0
x0 2 0 e 2
1 x
cilindro vertical cu-a %ase é o contorno de .
Resolução:
epresentamos na ig. ) a regio 0%ase deste s5lido+*
igura ) Re%&ão R
ssim, 2x ≤≤ e 2
1 y +≤≤ , logo a
( )∫ ∫ +
−−=
1 y = x2
igura 4
;odemos ver #ue a regio pode ser en#uadrada nos dois tipos*
x2y 2
( )∫ ∫ ∫∫ +=+ 2
ret/ngulo de vértices
igura :
7ntegramos primeiramente em relao 8 x, e o%temos*
( )∫ π
π
yseny
2
−−π+π−=
9am%ém poderíamos escol&er a mesma regio porém integrar de forma invertida*
dx
1
2
∫ ∫
primeira integral ∫
2 y
ssim, é necess'rio mudar os limites de integrao.
≤≤
≤≤ =
1 7
$sta integral podemos resolver por su%stituio de vari'veis. ssim temos*
4
compreendida entre as retas 1xy +−= , )
2 y e 1x
Resolução:
Consideramos como uma regio do 9ipo 77. regio e a reta &ori"ontal correspondente ao ponto fixo y so mostradas na ig. @.
;ara integrar numa regio do tipo 77, os limites es#uerdo e direito devem ser expressos so% a forma xA&10y+ e x A &20y+. ;or isso, devemos reescrever as e#uaBes dos limites y A −x1 e y A x1 como x A 1− y e x A y − 1 respectivamente.
∫ ∫
∫∫ −
−
−=
=
−
)
−=
−=
−=
+−−
−+=
−
−
−=
−
∫ ∫
∫ ∫∫
Deste exemplo poderíamos ter tratado como uma regio do 9ipo 7, entretanto neste caso a fronteira superior é a reta y A ) 0 (e-a ig ?+ e a fronteira inferior consiste em duas partes, a reta y A >x 1 8 es#uerda e a reta y A x 1 8 direita da origem. ;ara fa"er esta integrao devemos separar a regio em duas partes conforme mostra a ig. ?.
ssim, a soluo da integral deveria ser*
∫ ∫ ∫ ∫
∫∫ ∫∫ ∫∫
+
−+
− +−
−=
−+
−=
−
O resultado desta integrao é o mesmo mostrado anteriormente.
I#8er'ão (a or(em (e &#$e%ra/ão
Es ve"es, o c'lculo da integral iterada pode ser simplificado invertendo>se a ordem de integrao. $ste pr5ximo exemplo ilustra esta situao.
Exemplo 19 Calcule
Como no existe antiderivada elementar de 2 x
e , a integral no pode ser resolvida integrando>se primeiro em relao a x. ;ara solucionar este pro%lema devemos calcular essa integral expressando>a com a ordem inversa de integrao.
Da integrao interna, x est' variando entre as retas yF2 e x A 1. (e-a ig G.
7nvertendo a ordem de integrao devemos definir os limites.
O%servando a ig. G, podemos ver #ue fixando x de 8 1, y ir' variar de "ero 8 2x.
2 1
≤ ≤ ≤ ≤
= = ≤ ≤≤ ≤
∫ ∫
∫ ∫ =
=
=
=
=
=
∫ ∫
Exemplo 14 Se-a a regio do plano x>y delimitada pelos
gr'ficos de 2 x1y = e y2 A 2x. Calcule
d
Sol/ão: ig 1 apresenta o gr'fico desta regio .
igura 1
temos*
∫ ∫ ∫∫
+=+
mesmo resultado, isto é, )
: xcosy ,
inverta a ordem de integrao e calcule a integral resultante.
Sol/ão:
O%servamos #ue da maneira como est' definida esta integral, fica difícil a sua resoluo. ssim, uma mudana na ordem de integrao poder' nos facilitar o tra%al&o.
O%servamos pela ig.11 #ue a regio est' definida com as fronteiras es#uerda e direita pelos gr'ficos de yx = e x A 2, respectivamente com 4y ≤≤
igura 11 Dotamos #ue tam%ém pode ser definida pelas fronteiras inferior e superior dadas por
2 xye y == respectivamente, com 2x ≤≤ . ssim, a integral pode ser calculada
como sendo*
7A ∫ ∫ 4
4x ∫
$sta integral pode ser resolvida com uma simples su%stituio de vari'veis. 0u+.
ssim, temos #ue*
E.1 7al-le a' &#$e%ra&' (pla' a*a&xo:
1
≤≤
≤≤
≤≤
≤≤
≤≤
≤≤
2x1ye 2x2y*! +==
E.4 De$erm&#e o 8olme (o 'l&(o ;e e'$< -o#$&(o a*a&xo (o para*ol&(e
2 y
2 x" += e a-&ma (a re%&ão D (o
pla#o x l&m&$a(a pela re$a 0 2x e pela par<*ola 0 x2.
E.5 7al-le a &#$e%ral
∫ ∫ 1
re$=#%lo 6y , 2x ≤≤≤≤ .
4ye 2xy == .
o#(e R , a re%&ão (el&m&$a(a por
xye 2
2 y ,
2 x
E.11 7al-lar ∫∫
xye 4 x, y === .
2 y e 1>y, : x, 1> 2
yx ====
Respostas
E.1.
www.matematiques.com.br
Teorema
∫∫∫ ∫ ∫ ∫ =
xy"+",y,x0f +c =
Re'p: )
6?
$H$CIC7OS E.19 7al-le a' 'e%&#$e' &#$e%ra&' $r&pla':
∫ ∫ ∫ − −1
O fato das integrais resolvidas nos exemplos 1 e 2 serem iguais Não é acidental. Se f é contínua, ento as duas integrais iteradas so sempre iguais. !i"emos #ue a ordem é irrelevante.
$ntretanto, uma %oa escol&a da ordem pode simplificar os c'lculos. $m alguns casos, pode no ser possível calcular a integral dupla para uma escol&a e ser possível para outra. (eremos isso mais tarde com exemplos.
$xemplo ) Calcule as integrais a%aixo*
a+ ∫ ∫ )
4.1 Teorema:
Se-a o ret/ngulo definido pelas desigualdades %xa ≤≤ , dyc ≤≤ . Se f0x,y+ for contínua
neste ret/ngulo, ento*
∫∫ =
−
dy)2x2 , sendo a regio #ue
consiste de todos os pontos 0 x,y+ tais #ue 2x1 ≤≤− e )y1 ≤≤ .
Exemplo 5
( ){ }1y,2x)*y,x. ≤≤≤≤−= .
O%s* re#3entemente o ret/ngulo ( ){ }dyc, %xa*y,x. ≤≤≤≤= é expresso
como [ ] [ ]d,cx %,a por simplificao.
Exemplo ! !etermine o volume do s5lido limitado acima pelo plano yx4" −−= e a%aixo pelo ret/ngulo [ ] [ ]2,x2, = .
Exemplo "
Calcule ∫∫
[ ] [ ]π= ,x2,1
4.2 I#$e%ra&' (pla' 'o*re re%&+e' %e#,r&-a'
4.2.1 De&#&/ão 1
a+ ma regio do tipo 7 é limitada 8 es#uerda e 8 direita por retas verticais x0a e x 0 * e é limitada a%aixo e acima por curvas contínuas 0%1x) e 0 %2x) onde %1x) %2x) para
a x * .
%+ ma regio do tipo 77 é limitada a%aixo e acima por retas &ori"ontais 0- e 0 ( e é limitada 8 es#uerda e 8 direita por curvas contínuas x031) e x 0 32$) onde 31) 32x) para - x (
(e-a ig 1 e ig. 2.
4.2.2 Teorema
∫∫ ∫ ∫ =
%
∫∫ ∫ ∫ =
dxdy+y,x0f d+y,x0f
Exemplo Calcular o volume do s5lido delimitado superiormente pelo gr'fico de yx4" −−= , inferiormente pela regio delimitada por x0
x0 2 0 e 2
1 x
cilindro vertical cu-a %ase é o contorno de .
Resolução:
epresentamos na ig. ) a regio 0%ase deste s5lido+*
igura ) Re%&ão R
ssim, 2x ≤≤ e 2
1 y +≤≤ , logo a
( )∫ ∫ +
−−=
1 y = x2
igura 4
;odemos ver #ue a regio pode ser en#uadrada nos dois tipos*
x2y 2
( )∫ ∫ ∫∫ +=+ 2
ret/ngulo de vértices
igura :
7ntegramos primeiramente em relao 8 x, e o%temos*
( )∫ π
π
yseny
2
−−π+π−=
9am%ém poderíamos escol&er a mesma regio porém integrar de forma invertida*
dx
1
2
∫ ∫
primeira integral ∫
2 y
ssim, é necess'rio mudar os limites de integrao.
≤≤
≤≤ =
1 7
$sta integral podemos resolver por su%stituio de vari'veis. ssim temos*
4
compreendida entre as retas 1xy +−= , )
2 y e 1x
Resolução:
Consideramos como uma regio do 9ipo 77. regio e a reta &ori"ontal correspondente ao ponto fixo y so mostradas na ig. @.
;ara integrar numa regio do tipo 77, os limites es#uerdo e direito devem ser expressos so% a forma xA&10y+ e x A &20y+. ;or isso, devemos reescrever as e#uaBes dos limites y A −x1 e y A x1 como x A 1− y e x A y − 1 respectivamente.
∫ ∫
∫∫ −
−
−=
=
−
)
−=
−=
−=
+−−
−+=
−
−
−=
−
∫ ∫
∫ ∫∫
Deste exemplo poderíamos ter tratado como uma regio do 9ipo 7, entretanto neste caso a fronteira superior é a reta y A ) 0 (e-a ig ?+ e a fronteira inferior consiste em duas partes, a reta y A >x 1 8 es#uerda e a reta y A x 1 8 direita da origem. ;ara fa"er esta integrao devemos separar a regio em duas partes conforme mostra a ig. ?.
ssim, a soluo da integral deveria ser*
∫ ∫ ∫ ∫
∫∫ ∫∫ ∫∫
+
−+
− +−
−=
−+
−=
−
O resultado desta integrao é o mesmo mostrado anteriormente.
I#8er'ão (a or(em (e &#$e%ra/ão
Es ve"es, o c'lculo da integral iterada pode ser simplificado invertendo>se a ordem de integrao. $ste pr5ximo exemplo ilustra esta situao.
Exemplo 19 Calcule
Como no existe antiderivada elementar de 2 x
e , a integral no pode ser resolvida integrando>se primeiro em relao a x. ;ara solucionar este pro%lema devemos calcular essa integral expressando>a com a ordem inversa de integrao.
Da integrao interna, x est' variando entre as retas yF2 e x A 1. (e-a ig G.
7nvertendo a ordem de integrao devemos definir os limites.
O%servando a ig. G, podemos ver #ue fixando x de 8 1, y ir' variar de "ero 8 2x.
2 1
≤ ≤ ≤ ≤
= = ≤ ≤≤ ≤
∫ ∫
∫ ∫ =
=
=
=
=
=
∫ ∫
Exemplo 14 Se-a a regio do plano x>y delimitada pelos
gr'ficos de 2 x1y = e y2 A 2x. Calcule
d
Sol/ão: ig 1 apresenta o gr'fico desta regio .
igura 1
temos*
∫ ∫ ∫∫
+=+
mesmo resultado, isto é, )
: xcosy ,
inverta a ordem de integrao e calcule a integral resultante.
Sol/ão:
O%servamos #ue da maneira como est' definida esta integral, fica difícil a sua resoluo. ssim, uma mudana na ordem de integrao poder' nos facilitar o tra%al&o.
O%servamos pela ig.11 #ue a regio est' definida com as fronteiras es#uerda e direita pelos gr'ficos de yx = e x A 2, respectivamente com 4y ≤≤
igura 11 Dotamos #ue tam%ém pode ser definida pelas fronteiras inferior e superior dadas por
2 xye y == respectivamente, com 2x ≤≤ . ssim, a integral pode ser calculada
como sendo*
7A ∫ ∫ 4
4x ∫
$sta integral pode ser resolvida com uma simples su%stituio de vari'veis. 0u+.
ssim, temos #ue*
E.1 7al-le a' &#$e%ra&' (pla' a*a&xo:
1
≤≤
≤≤
≤≤
≤≤
≤≤
≤≤
2x1ye 2x2y*! +==
E.4 De$erm&#e o 8olme (o 'l&(o ;e e'$< -o#$&(o a*a&xo (o para*ol&(e
2 y
2 x" += e a-&ma (a re%&ão D (o
pla#o x l&m&$a(a pela re$a 0 2x e pela par<*ola 0 x2.
E.5 7al-le a &#$e%ral
∫ ∫ 1
re$=#%lo 6y , 2x ≤≤≤≤ .
4ye 2xy == .
o#(e R , a re%&ão (el&m&$a(a por
xye 2
2 y ,
2 x
E.11 7al-lar ∫∫
xye 4 x, y === .
2 y e 1>y, : x, 1> 2
yx ====
Respostas
E.1.
www.matematiques.com.br
Teorema
∫∫∫ ∫ ∫ ∫ =
xy"+",y,x0f +c =
Re'p: )
6?
$H$CIC7OS E.19 7al-le a' 'e%&#$e' &#$e%ra&' $r&pla':
∫ ∫ ∫ − −1