![]() ![]() *** 大区分 *** 数Ⅰ・A数Ⅱ・B数Ⅲ高卒・大学初年度 *** 中区分 *** ベクトル・行列連立方程式複素数関数・数列微分積分微分方程式統計maxima ※高卒から大学初年度レベルの「積分」について,このサイトには次の教材があります.
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○図1のような立体の体積(縦棒の体積の総和)は,面積要素ds=dxdyに高さz=f(x, y)を掛けて得られる体積要素
dV=f(x, y)ds=f(x, y)dxdy の総和として,定義域D上の重積分 ∫∫D f(x, y)dxdy で求めることができます.
図1
○f(x, y)が連続関数で,各変数の定義域がa≦x≦b, α≦y≦βであるとき,この重積分は
β∫α![]() ![]() ![]() または b∫a ![]() ![]() のように,1変数の積分の繰り返しによって行うことができます. (1)は図2のように,まず変数yを固定して,各々のyについて,xで積分し(図で示した壁の面積S(y)を求めて),次にyの関数として表されたその面積をyで積分することによって体積を求めることに対応しています.
図2
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図3
![]() ![]() ![]() ![]() または0≦y≦1, y≦x≦1として 1∫0 ![]() ![]() のように計算できます.
【基本の確認】
(1) 1∫0 kx dx のようにdxの部分で示されている積分変数x以外の文字(k)は,定数とみなします.だから,この積分は 1∫0 kx dx=[ k× ![]() ![]() ![]() (2) 1∫0 yx dx の場合も,yがxと独立な変数である限り,同様にして 1∫0 yx dx=[ y× ![]() ![]()
この結果は,yの関数になるので,「次の段階としてyについて積分する」というようなことができます.
2∫0
(3) 積分変数がyであるとき,例えば
2∫0 xy dy
の場合は,今度はdyの部分で示されている積分変数y以外の文字(x)は,定数とみなします.だから,この積分は
2∫0 xy dy=[ x×![]() ![]() ![]() ![]() ![]()
この結果は,xの関数になるので,「次の段階としてxについて積分する」というようなことができます.
1∫0 2x dx=[ x2=1
だから
1∫0(2∫0 yx dy)dx=1∫0(2x)dx=[ x2=1
となります.
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【同種の問題が含まれる書籍】
「微分積分学Ⅱ」(共立出版 基礎数学講座7巻/宇野利雄著) 「新編 高専の数学3 問題集」(森北出版/田代嘉宏著) 「理工系基礎 微分積分学」(培風館/堀内龍太郎.川崎廣吉.浦部治一郎共著) 「数学へのアプローチ」(裳華房/八木克已著)
(参考)
(*1) y=x2のとき2∫0 y dxを求めよ というような問題においては,yはxの関数になっておりxと独立な変数ではありません.だから, 2∫0 y dx=[ yx=2y ←間違い 2∫0 y dx=2∫0 x2 dx=[ ![]() ![]() (*) 記号 1∫0(2∫0 yx dy)dxは
1∫02∫0 yx dydxとも書かれます.
また,0≦y≦2, 0≦x≦1の領域をDで表すとき
この場合,各々の積分区間は0≦y≦2, 0≦x≦1となります.
∫∫D yx dydxとも書かれます.
さらに,
1∫02∫0 yx dydxを1∫0 dx2∫0 yx dy
と書くこともあります.この場合,変数xについて積分するときの被積分関数は,例外的にdxの右に書かれていることになります.
【要点】
次の各記号は,いずれも領域D : c≦y≦d, a≦x≦bにおいて,はじめにyで,次にxで積分することを表す. b∫a(d∫c f(x,y)dy)dx , b∫ad∫c f(x,y)dydx b∫a dxd∫c f(x,y)dy , ∫∫D f(x,y)dydx |
【例1】
(解答)重積分1∫0(2∫0 (x+y)dy)dxを計算してください. 2∫0 (x+y)dy=[ xy+ ![]()
↑どの変数に代入するのかを明示するために,このような書き方も可能
=2x+2
1∫0 (2x+2)dx=[ x2+2x=3 …(答)
|
【例2】
(解答)D : 1≦x≦2, 0≦y≦1のとき 重積分∫∫D (x2+y2)dxdyを計算してください. 2∫1 (x2+y2)dx=[ ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
問1次の重積分を計算してください.
12∫0(1∫0 x2y dx)dy ![]() ![]() ![]() ![]()
1∫0 x2y dx=[
![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
問2次の重積分を計算してください.
12
22∫01∫0 (x2+2y)dydx ![]() ![]() ![]()
1∫0 (x2+2y)dy=[ x2y+y2
=x2+1
2∫0 (x2+1)dx=[
![]() ![]() ![]() |
問3次の重積分を計算してください.
11
22
33
4π−2∫0 dxπ−2∫0sin(x+y)dy ![]()
【三角関数の積分】
π−2∫0sin(x+y)dy=[ −cos(x+y)
=(−cos(x+∫sin(x+k)dx=−cos(x+k)+C ∫cos(x+k)dx=sin(x+k)+C を用いる. ![]()
cos(x+
=sin x+ cos x
π−2∫0 (sin x+cos x)dx=[ −cos x+sin x![]() =(0+1)−(−1+0)=2 …(答)→ 2 |
問4次の重積分を計算してください.
1e+1
2e−1
3(e+1)2
4(e−1)2
5e+D : 0≦x≦1, 0≦y≦1のとき ∫∫Dex−ydxdy ![]()
【指数関数の積分】
1∫0 ex−ydx=[ ex−y
=e1−y−e−y
1∫0 (e1−y−e−y)dy=[ −e1−y+e−y∫ ekxdx= ![]() 特に ∫ ex=ex+C ∫ e−x=−e−x+C を用いる. =(−1+e−1)−(−e+1)=e+ ![]() |
![]() ![]() |
■[個別の頁からの質問に対する回答][簡単な重積分の計算について/17.7.14]
簡単な問題もあってよく理解できました
■[個別の頁からの質問に対する回答][簡単な重積分の計算について/17.1.29]
=>[作者]:連絡ありがとう. よく解りました(理解できました)
=>[作者]:連絡ありがとう. |
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