background image

Przykład do zadania 5.9:
Obliczyć pole obszaru ograniczonego krzywymi xy = 1, x= 2x, (x, y ­ 0).

• pole obszaru to |D| =

Z Z

D

dxdy

• szukamy punktów wspólnych podanych krzywych:

x

1

x

x

2

= 1, x ­ 0

= 1

,

x

1

= 2x

x

2

=

1
2

, x ­ 0

=

2

2

,

= 2x
= 0

• rysunek

−0.5

0

0.5

1

1.5

−0.5

0

0.5

1

1.5

y=x

−1

 

y=2x 

y=x 

1/2

1/2

 

• D

1

∪ D

2

, gdzie D

1

=

n

(x, y) : 0 ¬ x ¬

2

2

, x ¬ y ¬ 2x

o

,

D

2

=

n

(x, y) :

2

2

¬ x ¬ 1, x ¬ y ¬ x

1

o

• Stąd |D| =

Z Z

D

dxdy =

Z Z

D

1

dxdy +

Z Z

D

2

dxdy =

2

2

Z

0

dx

2x

Z

x

dy +

1

Z

2

2

dx

x

1

Z

x

dy =

=

2

2

Z

0

(2x − x)dx +

1

Z

2

2

(x

1

− x)dx =


x

2

2





2

2

0

+

ln |x| −

x

2

2





1

2

2

=

1

4

− ln

2

2

1

2

+

1

4

= ln

0

1

background image

Przykłady do zadania 5.10:
Obliczyć objętości brył ograniczonych podanymi powierzchniami:

(a) bryła ograniczona przez =

1

x

2

y

2

= 0, x

2

y

2

= 1, x

2

y

2

= 9

• Uwaga: dwa ostatnie równania określają tu powierzchnie boczne walców, a nie okręgi

• rysunek

−2

0

2

−3

−2

−1

0

1

2

3

0

0.5

1

1.5

 r=1

 r=3

z=1/(x

2

+y

2

)

1/2

−4

−3

−2

−1

0

1

2

3

4

−4

−3

−2

−1

0

1

2

3

4

• =

(

(x, y, z) : (x, y∈ D, ¬ z ¬

1

x

2

y

2

)

,

gdzie {(x, y) : 1 ¬ x

2

y

2

¬ 9}

• Objętość bryły to |V | =

Z Z

D

 

1

x

2

y

2

− 0

!

dxdy

• Zastosujemy współrzędne biegunowe.

Obszarowi odpowiada wtedy obszar ∆ = {(ϕ, ρ) : 0 ¬ ϕ ¬ 2π, ¬ ρ ¬ 3}

• |V | =

Z Z

D

dxdy

x

2

y

2

=

Z Z

1

ρ

2

ρ dρdϕ =

2π

Z

0

3

Z

1

dρ =

2π

Z

0

·

3

Z

1

=

= 2π · 2 = 4π > 0

2

background image

(b) bryła ograniczona przez e

y−x

= 0, = 1, = 0, = 0

• rysunek

−0.5

0

0.5

1

1.5

−0.5

0

0.5

1

1.5

−0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

 z=e

y−x

x+y=1 

−0.5

0

0.5

1

1.5

−0.5

0

0.5

1

1.5

y=1−x 

• {(x, y, z) : (x, y∈ D, ¬ z ¬ e

y−x

},

gdzie {(x, y) : 0 ¬ x ¬ 1¬ y ¬ − x}

• Objętość bryły to |V | =

Z Z

D



e

y−x

− 0



dxdy =

1

Z

0

dx

1−x

Z

0

e

y−x

dy =

1

Z

0

e

y−x





y=1−x

y=0

dx =

=

1

Z

0



e

12x

− e

−x



dx =

e

12x

2

e

−x





x=1

x=0

e

1

2

e

1

+

e

2

− 1 =

1

2e

+

e

2

− 0

3

background image

Przykłady do zadania 5.11:
Obliczyć pola podanych płatów:

(a) płat Σ to fragment wykresu funkcji (x, y) =

x

2

y

2

dla (x, y∈ D, gdzie {(x, y) :

x

2

y

2

¬ 2x}

• Uwaga: Σ to fragment bocznej powierzchni stożka wycięty walcem (x − 1)

2

y

2

¬ 2x

• rysunek

−3

−2

−1

0

1

2

−3

−2

−1

0

1

−0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

−0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

−1.5

−1

−0.5

0

0.5

1

1.5

(1,0) 

 D

• Σ

n

(x, y, z) : (x, y∈ D, z (x, y) =

x

2

y

2

o

,

gdzie {(x, y) : (x − 1)

2

y

2

¬ 1}

• pole płata Σ to |Σ=

Z Z

D

v
u
u
t

1 +

 

∂f

∂x

!

2

(x, y) +

 

∂f

∂y

!

2

(x, ydxdy

∂f

∂x

=

2x

2

x

2

y

2

,

∂f
∂y

=

y

x

2

y

2

– ciągłe na D

• 1 +

 

∂f

∂x

!

2

(x, y) +

 

∂f

∂y

!

2

(x, y) = 1 +

 

x

x

2

y

2

!

2

+

 

y

x

2

y

2

!

2

= 2

• |Σ=

Z Z

D

dxdy =

|D| =

· π · 1

2

π

0,

bo to koło o promieniu 1.

4

background image

(b) płat Σ to fragment wykresu funkcji (x, y) =

16 − x

2

− y

2

pomiędzy płaszczyznami = 1 i

= 2

• 1 ¬

16 − x

2

− y

2

¬ ⇐⇒ 15 ­ x

2

y

2

­ 12,

zatem Σ to fragment powierzchni sfery dla (x, y∈ D, gdzie {(x, y) : 12 ¬ x

2

y

2

¬

15},

Σ

n

(x, y, z) : (x, y∈ D, z (x, y) =

16 − x

2

− y

2

o

• rysunek

−4

−2

0

2

4

−4

−2

0

2

4

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

−5

−4

−3

−2

−1

0

1

2

3

4

5

−5

−4

−3

−2

−1

0

1

2

3

4

5

12

1/2

 

15

1/2

 

• pole płata Σ to |Σ=

Z Z

D

v
u
u
t

1 +

 

∂f

∂x

!

2

(x, y) +

 

∂f

∂y

!

2

(x, ydxdy

∂f

∂x

=

2x

2

16 − x

2

− y

2

,

∂f
∂y

=

−y

16 − x

2

− y

2

– ciągłe na D

• 1+

 

∂f

∂x

!

2

(x, y)+

 

∂f

∂y

!

2

(x, y) = 1+

 

−x

16 − x

2

− y

2

!

2

+

 

−y

16 − x

2

− y

2

!

2

=

16

16 − x

2

− y

2

• |Σ=

Z Z

D

4

16 − x

2

− y

2

dxdy

• Zastosujemy współrzędne biegunowe.

Obszarowi odpowiada wtedy obszar ∆ = {(ϕ, ρ) : 0 ¬ ϕ ¬ 2π,

12 ¬ ρ ¬

15}

• |Σ=

Z Z

D

4

16 − x

2

− y

2

dxdy =

Z Z

4

16 − ρ

2

ρ dρdϕ =

2π

Z

0

15

Z

12

4

16 − ρ

2

ρ dρ =

=

 

2π

R

0

!

·

 

15

R

12

2

16 − ρ

2

(2ρ)

!

= 2π ·

· 2

16 − ρ

2





15

12

8π(1 − 2) = 8π > 0

5

background image

Przykłady do zadania 5.12:
Obliczyć masy podanych obszarów o wskazanych gęstościach powierzchniowych σ(x, y):

(a) - obszar ograniczony krzywymi = 0, = 0, = 2; σ(x, y) = xy

• Uwaga: dla (x, y∈ D funkcja σ(x, y­ 0

• =

Z Z

D

σ(x, ydxdy =

Z Z

D

xy dxdy

• {(x, y) : 0 ¬ x ¬ 2¬ y ¬ − x}

• rysunek

−0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

−0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

x+y=2 

• =

Z Z

D

xy dxdy =

2

Z

0

dx

2−x

Z

0

xy dy =

2

Z

0

x

y

2

2





y=2−x

y=0

dx =

2

Z

0

x ·

(2 − x)

2

2

dx =

=

1

2

2

Z

0

(4x − 4x

2

x

3

)dx =

x

2

2x

3

3

+

x

4

8





2

0

= 4 

16

3

+ 2 =

2

3

0.

6

background image

(b) - obszar ograniczony krzywymi x

2

y

2

= 4, = 1, (y ­ 1); σ(x, y) =

1

(x

2

y

2

)

2

• Uwaga: funkcja σ(x, y­ 0

• =

Z Z

D

σ(x, ydxdy =

Z Z

D

1

(x

2

y

2

)

2

dxdy

• {(x, y) : y ­ 1, x

2

y

2

¬ 4}

• rysunek

−2.5

−2

−1.5

−1

−0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

−2.5

−2

−1.5

−1

−0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

y=1 

x

2

+y

2

=4 

• Zastosujemy współrzędne biegunowe.

Obszarowi odpowiada wtedy obszar ∆ = {(ϕ, ρ) :

π

6

¬ ϕ ¬

5π

6

,

1

sin ϕ

¬ ρ ¬ 2}, gdyż

= 1 = 2 sin ϕ, ϕ ∈ [02π⇐⇒ ϕ =

π

6

5π

6

;

¬ y ⇐⇒ ¬ ρ sin ϕ ⇐⇒

1

sin ϕ

¬ ρ

• =

Z Z

D

1

(x

2

y

2

)

2

dxdy =

Z Z

1

ρ

4

ρ dρdϕ =

5π

6

Z

π

6

2

Z

1

sin ϕ

ρ

3

dρ =

=

5π

6

Z

π

6

1

2

ρ

2





ρ=2

ρ=

1

sin ϕ

dϕ =

5π

6

Z

π

6



1

8

+

1

2

sin

2

ϕ



dϕ =

1

4

5π

6

Z

π

6



1

2

+ 1 − cos(2ϕ)



dϕ =

=

1

4

1

2

ϕ −

1

2

sin(2ϕ)





5π

6

π

6

=

1

4



5π

12

1

2

sin



5π

3



π

12

+

1

2

sin



π

3



=

=

π

12

+

1

8

·

3

2

· 2 =

π

12

+

3

8

0

7