Dvojné integrály

Vypočítejme některé dvojnásobné integrály

MB-dvojintegraly_1.gif

MB-dvojintegraly_2.gif

MB-dvojintegraly_3.gif

MB-dvojintegraly_4.gif

MB-dvojintegraly_5.gif

MB-dvojintegraly_6.gif

MB-dvojintegraly_7.gif

MB-dvojintegraly_8.gif

MB-dvojintegraly_9.gif

MB-dvojintegraly_10.gif

MB-dvojintegraly_11.gif

MB-dvojintegraly_12.gif

MB-dvojintegraly_13.gif

MB-dvojintegraly_14.gif

MB-dvojintegraly_15.gif

Vypočítejme dvojný integrál

MB-dvojintegraly_16.gif, kde I = <0,1>×<0,3>

MB-dvojintegraly_17.gif

MB-dvojintegraly_18.gif

Podle Fubiniovy věty převedeme na dvojnásobný integrál.

MB-dvojintegraly_19.gif

MB-dvojintegraly_20.gif

Výsledek V =MB-dvojintegraly_21.gif

MB-dvojintegraly_22.gif, kde G ={{x,y}∈ MB-dvojintegraly_23.gif, -1≤ y ≤ 1+MB-dvojintegraly_24.gif -1 ≤ x ≤ 1}

Nakreslíme si množinu G

MB-dvojintegraly_25.gif

MB-dvojintegraly_26.gif

Napšeme si dvojný integrál jako dvojnásobný.    MB-dvojintegraly_27.gif = MB-dvojintegraly_28.gif
Dvojnásobný integrál nám už vypočte Mathematica

MB-dvojintegraly_29.gif

MB-dvojintegraly_30.gif

Výsledek V =MB-dvojintegraly_31.gif

MB-dvojintegraly_32.gif, kde G  je ohraničena přímkami  x = -1, x = 1, y = x-1 a parabolou y = MB-dvojintegraly_33.gif.

MB-dvojintegraly_34.gif

MB-dvojintegraly_35.gif

Nakreslíme si oblast G.

MB-dvojintegraly_36.gif

MB-dvojintegraly_37.gif

Převedení na dvojnásobný integrál podle Fubiniovy věty musíme udělat my. MB-dvojintegraly_38.gif = MB-dvojintegraly_39.gif. Dvojnásobný integrál nám už vypočte Mathematica

MB-dvojintegraly_40.gif

MB-dvojintegraly_41.gif

Výsledek V =MB-dvojintegraly_42.gif

MB-dvojintegraly_43.gif, kde G  je ohraničena přímkami y = x + 1, y = x, y = -2x + 1, y = -2x+5

Nakreslíme si množinu G

MB-dvojintegraly_44.gif

MB-dvojintegraly_45.gif

Hledáme průsečíky přímek:

MB-dvojintegraly_46.gif

MB-dvojintegraly_47.gif

MB-dvojintegraly_48.gif

MB-dvojintegraly_49.gif

MB-dvojintegraly_50.gif

Napíšeme si dvojný integrál jako dvojnásobné integrály:    MB-dvojintegraly_51.gif = MB-dvojintegraly_52.gif + MB-dvojintegraly_53.gif + MB-dvojintegraly_54.gif

Vypočteme dvojnásobné integrály.

MB-dvojintegraly_55.gif

MB-dvojintegraly_56.gif

Výsledek V =MB-dvojintegraly_57.gif

Substituce pro dvojný integrál

Vypočtěme dvojný integrál MB-dvojintegraly_58.gif, kde D = {(x,y)∈MB-dvojintegraly_59.gif;  MB-dvojintegraly_60.gif≤ 1} .

Nakreslíme si množinu D.

MB-dvojintegraly_61.gif

MB-dvojintegraly_62.gif

Můžeme  použít Fubiniovu větu a převést dvojný integrál na dvojnásobný MB-dvojintegraly_63.gifdy  = MB-dvojintegraly_64.gif

MB-dvojintegraly_65.gif

MB-dvojintegraly_66.gif

Vypočteme dvojnásobný integrál:

MB-dvojintegraly_67.gif

MB-dvojintegraly_68.gif

MB-dvojintegraly_69.gif

MB-dvojintegraly_70.gif

Tento příkaz je stejný, jako když vnější integrál vypočtete numericky:

MB-dvojintegraly_71.gif

MB-dvojintegraly_72.gif

Nedostali jsme uspokojivý výsledek (dostali jsme pouze přibližný výsledek).
Použijeme substituci do polárních souřadnic:
x = r cos t,
y = r sin t,   r ∈<0,∞>, t ∈ <0, 2 π>.
Množina D přejde substitucí na množinu H = <0,1>×<0,2π>. Jakobián pro polární souřednice je r. Dostaneme tedy
MB-dvojintegraly_73.gifdy = MB-dvojintegraly_74.gifdt = MB-dvojintegraly_75.gif
Vypočteme nyní dvojnásobný integrál:

MB-dvojintegraly_76.gif

MB-dvojintegraly_77.gif

MB-dvojintegraly_78.gif

MB-dvojintegraly_79.gif

MB-dvojintegraly_80.gif

MB-dvojintegraly_81.gif

Výsledek V = MB-dvojintegraly_82.gif= 1.44418.

Vypočítejme objem  tělesa

Vypočtěme objem tělesa ohraničeného rovinami x = 0, y = 0, z = 0, x = 2, y = 3, x + y + z = 5.

Nakreslíme si těleso.

MB-dvojintegraly_83.gif

MB-dvojintegraly_84.gif

Vypočteme objem pomocí integrálu MB-dvojintegraly_85.gifdy

Oblast G, přes kterou integrujeme je obdelník <0,2>×<0,3>. Můžeme hned použít Fubiniovu větu a převést dvojný integrál na dvojnásobný MB-dvojintegraly_86.gifdy  = MB-dvojintegraly_87.gif

MB-dvojintegraly_88.gif

MB-dvojintegraly_89.gif

Výpočteme objem.

MB-dvojintegraly_90.gif

MB-dvojintegraly_91.gif

Objem  tělesa je V = 15.

Vypočtěme objem  tělesa ohraničeného plochou  y = MB-dvojintegraly_92.gif a rovinami z = 0, y + z = 2.

Nakreslíme si těleso.

Plocha y = MB-dvojintegraly_93.gif .

MB-dvojintegraly_94.gif

MB-dvojintegraly_95.gif

Roviny  z = 0, y + z = 2 .

MB-dvojintegraly_96.gif

MB-dvojintegraly_97.gif

Průnik ploch.

MB-dvojintegraly_98.gif

MB-dvojintegraly_99.gif

MB-dvojintegraly_100.gif

Teď se pokusíme nakreslit těleso:

MB-dvojintegraly_101.gif

MB-dvojintegraly_102.gif

MB-dvojintegraly_103.gif

MB-dvojintegraly_104.gif

Vypočteme objem pomocí integrálu MB-dvojintegraly_105.gifdy

Oblast G, přes kterou integrujeme je  množina {(x,y)∈MB-dvojintegraly_106.gif; y ≥MB-dvojintegraly_107.gif ∧y≤2 } . Oblast si nakreslíme.

MB-dvojintegraly_108.gif

MB-dvojintegraly_109.gif

Můžeme hned použít Fubiniovu větu a převést dvojný integrál na dvojnásobný MB-dvojintegraly_110.gifdy  = MB-dvojintegraly_111.gif

MB-dvojintegraly_112.gif

MB-dvojintegraly_113.gif

Výpočteme objem.

MB-dvojintegraly_114.gif

MB-dvojintegraly_115.gif

Objem  tělesa je V = MB-dvojintegraly_116.gif.

Vypočtěme objem  tělesa ohraničeného plochami  z = MB-dvojintegraly_117.gif+MB-dvojintegraly_118.gif, y = MB-dvojintegraly_119.gif a rovinami y =1,  z = 0.

Nakreslíme si těleso.

Plocha z = MB-dvojintegraly_120.gif+MB-dvojintegraly_121.gif .

MB-dvojintegraly_122.gif

MB-dvojintegraly_123.gif

Plocha  y = MB-dvojintegraly_124.gif .

MB-dvojintegraly_125.gif

MB-dvojintegraly_126.gif

Rovina  y =1.

MB-dvojintegraly_127.gif

MB-dvojintegraly_128.gif

Rovina  z =0.

MB-dvojintegraly_129.gif

MB-dvojintegraly_130.gif

Průnik ploch:

MB-dvojintegraly_131.gif

MB-dvojintegraly_132.gif

Teď se pokusíme nakreslit těleso:

MB-dvojintegraly_133.gif

MB-dvojintegraly_134.gif

MB-dvojintegraly_135.gif

MB-dvojintegraly_136.gif

MB-dvojintegraly_137.gif

Vypočteme objem pomocí integrálu MB-dvojintegraly_138.gifdy

Oblast G, přes kterou integrujeme je  množina {(x,y)∈MB-dvojintegraly_139.gif; y ≥MB-dvojintegraly_140.gif ∧y≤1 } . Oblast si nakreslíme.

MB-dvojintegraly_141.gif

MB-dvojintegraly_142.gif

Můžeme hned použít Fubiniovu větu a převést dvojný integrál na dvojnásobný MB-dvojintegraly_143.gifdy  = MB-dvojintegraly_144.gif

MB-dvojintegraly_145.gif

MB-dvojintegraly_146.gif

Výpočteme objem.

MB-dvojintegraly_147.gif

MB-dvojintegraly_148.gif

Objem  tělesa je V = MB-dvojintegraly_149.gif.

Vypočtěme objem  tělesa ohraničeného plochami  z = MB-dvojintegraly_150.gif,    MB-dvojintegraly_151.gif+MB-dvojintegraly_152.gif= 1  a rovinou  z = 0.

Nakreslíme si těleso. Nejdříve nakreslíme jednotlivé plochy.

Plocha MB-dvojintegraly_153.gif+MB-dvojintegraly_154.gif= 1.

MB-dvojintegraly_155.gif

MB-dvojintegraly_156.gif

Graf funkce z = MB-dvojintegraly_157.gifa rovina z = 0.

MB-dvojintegraly_158.gif

MB-dvojintegraly_159.gif

Průnik ploch.

MB-dvojintegraly_160.gif

MB-dvojintegraly_161.gif

MB-dvojintegraly_162.gif

A teď celé těleso.

MB-dvojintegraly_163.gif

MB-dvojintegraly_164.gif

MB-dvojintegraly_165.gif

MB-dvojintegraly_166.gif

Vypočteme objem pomocí integrálu MB-dvojintegraly_167.gifdy

Uzavřená oblast G, přes kterou integrujeme je  množina {(x,y)∈MB-dvojintegraly_168.gif;  MB-dvojintegraly_169.gif≤ 1} . Oblast si nakreslíme.

MB-dvojintegraly_170.gif

MB-dvojintegraly_171.gif

Můžeme hned použít Fubiniovu větu a převést dvojný integrál na dvojnásobný (využijeme symetrie) MB-dvojintegraly_172.gifdy  = 4MB-dvojintegraly_173.gif

MB-dvojintegraly_174.gif

MB-dvojintegraly_175.gif

Výpočteme objem.

MB-dvojintegraly_176.gif

MB-dvojintegraly_177.gif

MB-dvojintegraly_178.gif

MB-dvojintegraly_179.gif

Mathematica nám integrál vypočte pouze přibližně, chceme-li dostat přesný výpočet, musíme použít substituci: x = r cos t, y = r sin t
Počítáme tedy integrál
MB-dvojintegraly_180.gifdt, kde M je množina (0,1> × <0,2 π)

Můžeme použít Fubiniovu větu a převést dvojný integrál na dvojnásobný MB-dvojintegraly_181.gif dt = MB-dvojintegraly_182.gif

MB-dvojintegraly_183.gif

MB-dvojintegraly_184.gif

MB-dvojintegraly_185.gif

MB-dvojintegraly_186.gif

Objem  tělesa je V = MB-dvojintegraly_187.gif.

Spikey Created with Wolfram Mathematica 9.0