Dvojni integrali – Izračunavanje
Primeri
1. Izračunaj dvojni integral \( \iint\limits_D (x+y)^2 dxdy \) ako je ograničen D=[-1,2]x[1,3]:
Ako radimo preko nezavisne promenljive x tada će granice integrala po x-osi ce biti \( -1 \leq x \leq 2 \), a granice integrala po y-osi \( 1 \leq y \leq 3 \).
Izračunavanje:
2. Izračunati dvojni integral \( \iint\limits_D dxdy \) ako je ograničen kružnicom \( x^2+y^2 \leq 4 \):
Što se tiče granica za integral po x-osi preko jednacine \( x^2+y^2=4 \) možemo zaključiti da će vrednost x biti \( -2 \leq x \leq 2 \).
Za granice integrala po y-osi moramo predstaviti y preko nezavisne promenljive x, pri čemu negativno rešenje odgovara donjoj granici, dok pozitivno rešenje odgovara gornjoj.
Izračunavanje:
Kada smo došli do koraka \( 2\int_{-2}^{2}\sqrt{4-x^2}dx \) videli smo da integral predstavlja površinu polukruga. Tada je taj integral jednak polovini površine celog kruga \( \frac{1}{2}\pi r^2 \), pri čemu r je poluprečnik kruga \( r=2 \). Nakon što ubacimo vrednost poluprečnika r i pomnožimo sa 2 koja se nalazi ispred integrala dobijamo rešenje \( 4\pi \).
3. Izračunati površinu manjeg dela kruga u xy-ravni (z=0): \( x^2+ y^2\leq 2x \), koji odseca prava: \( y=2-x \).
Korak 1: Analiza i transformacija jednačine kruga
Prvo moramo da preuredimo jednačinu kružnice:
\[ \begin{aligned} x^2+y^2 &= 2x \\ x^2-2x+y^2 &= 0 \\ x^2-2x+1-1+y^2 &= 0 \\ (x-1)^2+y^2 &= 1 \end{aligned} \]Odavde vidimo da centar kružnice \( k \) ima koordinate \( C(1,0) \) i njen poluprečnik je \( r=1 \).
Korak 2: Određivanje granica integracije
Integral koji ide po \( x \)-osi će imati granice \( x \)-koordinata tačaka \( A \) i \( B \), dok za integral koji ide po \( y \)-osi moramo postupkom predstaviti njegove granice.
Prikaz granica integrala po x-osi:
\[ \boxed{1 \leq x \leq 2} \]Prikaz granica integrala po y-osi:
\[ \boxed{2-x \leq y \leq \sqrt{2x-x^2}} \]Korak 3: Računanje površina
4. Izračunati: \( \iint\limits_D e^{y^4} dxdy \) ako je oblast definisanosti između funkcija: \( x=y^3, y=0, y=1, y=-1 \)
Korak 1: Analiza oblasti integracije
Pošto imamo prekid u tački \( O(0,0) \) moraćemo računati dva dvostruka integrala:
\[ \iint\limits_D e^{y^4} dxdy = \iint\limits_{D_1} e^{y^4} dxdy + \iint\limits_{D_2} e^{y^4} dxdy \]Za \( D_1 \): \( 0 \leq y \leq 1 \) i \( 0 \leq x \leq y^3 \)
Za \( D_2 \): \( -1 \leq y \leq 0 \) i \( y^3 \leq x \leq 0 \)
Korak 2: Izračunavanje
5. Izračunati dvojni integral \( \iint\limits_D (3-6xy) dxdy \) ako su granice: \( y=x^2, y=-x^2, y=1, y=-4 \):
Korak 1: Analiza oblasti integracije
Pošto imamo prekid u tački \( O(0,0) \) moraćemo računati dva dvostruka integrala:
\[ \iint\limits_D (3-6xy) dxdy = \iint\limits_{D_1} (3-6xy) dxdy + \iint\limits_{D_2} (3-6xy) dxdy \]Za \( D_1 \): \( -1 \leq x \leq 1 \) i \( x^2 \leq y \leq 1 \)
Za \( D_2 \): \( -2 \leq x \leq 2 \) i \( -4 \leq y \leq -x^2 \)
Korak 2: Izračunavanje
6. Izračunati dvojni integral \( \iint\limits_D xy^2 dxdy \) ako je oblast integracije ograničena parabolom \( y^2=2x \) i pravom \( x=\frac{1}{2} \):
Korak 1: Određivanje granica integracije
Prvo moramo da postavimo granice:
\[ -1 \leq y \leq 1 \] \[ \frac{y^2}{2} \leq x \leq \frac{1}{2} \]Korak 2: Izračunavanje
7. Izračunati dvojni integral \( \iint\limits_D \sqrt{a^2-x^2-y^2} dxdy \) ako je oblast integracije ograničena kružnicom \( x^2+y^2=a^2 \) i pravama \( y=x \), \( y=x\sqrt{3} \) u prvom kvadrantu:
Korak 1: Uvod u polarne koordinate
Koristimo polarne koordinate:
\[ x = r \cos(\phi), \quad y = r \sin(\phi) \]Iz jednačine kružnice:
\[ \begin{aligned} x^2+y^2 &= a^2 \\ (r \cos(\phi))^2 + (r \sin(\phi))^2 &= a^2 \\ r^2 (\cos^2(\phi) + \sin^2(\phi)) &= a^2 \\ r^2 &= a^2 \Rightarrow 0 \leq r \leq a \end{aligned} \]Granice poluprečnika: \( \boxed{0 \leq r \leq a} \)
Korak 2: Određivanje granica ugla
Za pravu \( y = x \):
\[ k_1 = \frac{1-0}{1-0} = 1, \quad k_1 = \tan(\phi_1) \Rightarrow \phi_1 = \arctan(1) = \frac{\pi}{4} \]Za pravu \( y = x\sqrt{3} \):
\[ k_2 = \frac{\sqrt{3}-0}{1-0} = \sqrt{3}, \quad k_2 = \tan(\phi_2) \Rightarrow \phi_2 = \arctan(\sqrt{3}) = \frac{\pi}{3} \]Granice ugla: \( \boxed{\frac{\pi}{4} \leq \phi \leq \frac{\pi}{3}} \)
Korak 3: Izračunavanje
8. Izračunati dvojni integral \( \iint\limits_D \frac{\ln(x^2+y^2)}{x^2+y^2} dxdy \) ako je oblast integracije ograničena između kružnica \( x^2+y^2=1 \) i \( x^2+y^2=e^2 \):
Korak 1: Uvod u polarne koordinate
Koristimo polarne koordinate:
\[ x = r \cos(\phi), \quad y = r \sin(\phi) \]Za prvi krug:
\[ \begin{aligned} x^2+y^2 &= 1 \\ r^2 &= 1 \Rightarrow r = 1 \end{aligned} \]Za drugi krug:
\[ \begin{aligned} x^2+y^2 &= e^2 \\ r^2 &= e^2 \Rightarrow r = e \end{aligned} \]Granice poluprečnika: \( \boxed{1 \leq r \leq e} \)
Granice ugla: \( \boxed{0 \leq \phi \leq 2\pi} \) (cel krug)