plik


ÿþCAAKA PODWÓJNA W OBSZARZE NORMALNYM Definicja (obszaru normalnego) __ Obszar domknity okre[lony nierówno[ciami: D jð(ðx)ð£ð y £ðyð (ðx)ð, a £ð x £ð b, gdzie nazywamy obszarem normalnym wzgldem osi OX. jð,yð ÎðC(ð[ða,b]ð)ð, y y=È(x) d P D y=Æ(x) c a x b x __ Aby zdefinowa caBk funkcji f cigBej w obszarze normalnym rozwa|my prostokt P, D ´ð P=[a,b] [c,d], gdzie c :=ð inf jð(ðx)ð, d :=ð sup yð (ðx)ð, xÎð[ða,b]ð xÎð[ða,b]ð i zdefiniujmy now funkcj: ìð f (ðx, y)ð, gdy (ðx, y)ðÎð D, ïð f *(ðx, y)ð:=ð íð ïð gdy (ðx, y)ðÎð P \ D. îð0, __ Poniewa| f ÎðCæð Döð zatem f* jest cigBa, ewentualnie poza zbiorem punktów poBo|onych na çð ÷ð èð øð krzywych y=È(x) i y=Æ(x), tzn. poza zbiorem miary zero. Zatem f* jest caBkowalna w prostkcie P. Definiujemy f (ðx, y)ðdxdy :=ð f *(ðx, y)ðdxdy. òðòð òðòð D P Stosujc wzór o zamianie caBki podwójnej po prostokcie na caBk iterowan otrzymujemy: b d b yð (ðx)ð f *(ðx, y)ðdxdy =ð f *(ðx, y)ðdy =ð f (ðx, y)ðdy. òðòð òðdxòð òðdx òð P a c a jð(ðx)ð Std b yð (ðx)ð f (ðx, y)ðdxdy =ð f (ðx, y)ðdy. òðòð òðdx òð D a jð(ðx)ð Uwaga Brzeg obszaru D jest zbiorem miary zero, wic nie ma znaczenia czy go wBczymy do obszaru caBkowania czy nie. 1 Definicja D Obszar dokmnity okre[lony nierówno[ciami að(ðy)ð£ð x £ð bð(ðy)ð, c £ð y £ð d, að, bð ÎðC(ð[ðc, d]ð)ð, gdzie nazywamy obszarem normalnym wzgldem osi OY. y d x=²(y) D x=±(y) c x D Analogicznie okre[lamy caBk funkcji cigBej w obszarze normalnym wzgldem OY i wtedy d bð (ðy)ð f (ðx, y)ðdxdy =ð f (ðx, y)ðdx. òðòð òðdy òð D c að (ðy)ð Definicja Obszar dokmnity nazywamy obszarem regularnym, je[li jest sum D D =ð D Èð D Èð...Èð D obszarów normalnych wzgldem osi OX lub wzgldem osi OY, które 1 2 n nie maj wspólnych punktów wewntrznych. Definicja Niech - obszar regularny, D f ÎðC(ðD)ð. Wtedy n f (ðx, y)ðdxdy :=ð f (ðx, y)ðdxdy åð òðòð òðòð i=ð1 D Di Uwaga Prawdziwe s wszystkie wBasno[ci caBki podwójnej, gdy prostokt P zastpimy obszarem regularnym D, tzn.  liniowo[  addywno[ wzgldem obszaru caBkowania  ograniczono[ caBki 2 PrzykBad Obliczy caBk podwójn I =ð òðòðdxdy, gdzie D  obszar ograniczony krzywymi x =ð 2y2 D i x =ð y2 +ð1. Wyznaczamy punkty (x,y) przecicia parabol x =ð 2y2 i x =ð y2 +ð1: y =ð ±ð1, x =ð 2. i zaznaczamy obszar D D jest obszarem normalnym wzgldem OY, -ð1 £ð y £ð1 ìð D : íð 2 îð2y £ð x £ð y2 +ð1 Zatem mo|emy caBk podwójn zamieni na caBk iterowan: y2 +ð1 1 y2 +ð1 1 1 1 1 2 4 æð I =ð x dy =ð (ð1-ð y2)ðdy =ð y -ð y3 öð =ð 2 -ð =ð çð ÷ð òðdy òðdx =ð òð òð 3 3 3 èð øð -ð1 -ð1 2 y2 -ð1 2 y2 -ð1 Uwaga Powy|szy obszar D nie jest normalny wzgldem OX, ale mo|na go podzieli na na trzy obszary normalne wzgldem OX i wtedy òðòðdxdy =ð òðòðdxdy +ð òðòðdxdy +ð òðòðdxdy =ð D D1 D2 D3 x x 1 2 2 2 2 -ð x-ð1 1 2 2 =ð x dx +ð 2 x dx -ð 2 x -ð1 dx =ð òðdx òðdy +ð òðdx òðdy +ð òðdx òðdy =ð 2òð òð òð 0 1 1 0 1 1 x x-ð1 x -ð -ð 2 2 1 2 2 éð2 3 ùð éð2 3 ùð éð2 3 ùð 2 2 8 2 2 4 4 =ð 2 ×ð x2 úð +ð 2 ×ð x2 úð -ð 2×ð (x -ð1)2 úð =ð +ð -ð -ð =ð êð3 êð3 êð3 3 3 3 3 3 ëð ûð ëð ûð ëð ûð 0 1 1 Twierdzenie (o zamianie zmiennych w caBce podwójnej) Dð, D Z: Niech - obszary regularne w R2, tð : Dð ¾ðsuriekcja®ð D, ¾ð¾ð ¾ð tð (ðu,v)ð=ð (ðjð(ðu,v)ð,jð(ðu,v)ð)ð dla (u,v)Îð Dð. T: Je[li 1O odwzorowanie tð przeksztaBca wzajemnie jednoznacznie (ró|nowarto[ciowo) wntrze obszaru ” na wntrze obszaru D, tð : int Dð að int D bijekcja jð,yð ÎðC1(ðWð)ð, gdzie Wð jest obszarem, Wð Éð Dð 2O f ÎðC(ðD)ð 3O 3 4O jakobian odwzorowania tð jest niezerowy w obszarze ”, Jtð ¶ðjð ¶ðjð éð ùð êð úð ¶ðu ¶ðv Jtð =ð det ¹ð 0, êð úð êð¶ðyð ¶ðyð úð êð úð ëð ¶ðu ¶ðv ûð to f (ðx, y)ðdxdy =ð f (ðjð(ðu,v)ð,yð (ðu,v)ð)ð×ð JT dudv. òðòð òðòð D Dð y v f (o warto[ciach w R) tð D ” dziedzina odwzorowania f x u tð okre[la podstawienie w caBce Uwaga Odwzorowanie tð brzegu obszaru ” na brzeg obszaru D nie musi by wzajemnie jednoznaczne. Np. odwzorowanie wprowadzajce zmienne biegunowe x =ð r cosjð, ìð )ð íðy =ð r sinjð gdzie r ³ð 0, jð Îð[ð0,2pð îð nie jest bijektywne, bo je|eli r=0, to x=y=0; i caBy odcinek I={(0, Æ), gdzie } jð Îð[ð0,2pð]ð przechodzi w punkt (0,0). Wyznaczmy jakobian odwzorowania wprowadzajcego wspóBrzdne biegunowe, ¶ðx éð¶ðx ùð êð úð cosjð -ð r sinjð ¶ðjð éð ùð J =ð detêð¶ðr úð =ð detêð =ð r úð ¶ðy ¶ðy êð úð ëðsinjð r cosjð ûð êð¶ðr ¶ðjð úð ëð ûð Uwaga Zmiana kolejno[ci zmiennych daje zmian kolejno[ci kolumn macierzy Jacobiego, a wtedy jakobian zmienia si na przeciwny, ¶ðx éð ùð ¶ðx êð¶ðjð úð J =ð detêð ¶ðr úð =ð -ðr ¶ðy ¶ðy êð úð êð¶ðjð ¶ðr úð ëð ûð Jednak w twierdzeniu o zamianie zmiennych w caBce podwójnej wystpuje moduB jakobianu zatem zmiana kolejno[ci zmiennych nie ma znaczenia. 4 PrzykBad ìð dxdy ïðx2 +ð y2 £ð x. Obliczy I =ð , gdzie D : íð òðòð 2 2 ïð (ð1-ð x2 -ð y2)ð D îðx +ð y2 £ð y Nierówno[ci zadajce obszar D ìðæð 1 öð2 æð 1 öð2 x -ð +ð y2 £ð çð ÷ð ïð çð ÷ð 2 2 ïðèð øð èð øð íð 2 2 1 1 ïðx +ð æð öð æð öð 2 y -ð £ð çð ÷ð çð ÷ð ïð 2 2 èð øð èð øð îð 1 1 1 öð okre[laj koBa o [rodkach w punktach æð ,0öð,æð0, oraz promieniach . çð ÷ð çð ÷ð 2 2 2 èð øð èð øð Wyznaczamy punkty wspólne okrgów ìð ïðx2 +ð y2 =ð xüð Þð y =ð x ïð íð ýð 2 ïð ïð îðx +ð y2 =ð yþð 2x2 =ð x x(ð2x -ð1)ð=ð 0 1 ìðx =ð ïð x =ð 0 ìð ïð 2 íðy =ð 0 Úð íð îð ïðy =ð 1 ïð îð 2 y y=x 1/2 D1 Æ D r=r(Æ) 1/2 x Obszar D jest symetryczny wzgldem prostej y=x. Ponadto f(x,y)=f(y,x) zatem funkcja jest symetryczna wzgldem prostej y=x. ßð dxdy I =ð 2 , gdzie D jest poBow obszaru D. 1 òðòð 2 (ð1-ð x2 -ð y2)ð D1 5 Powy|sz caBk podwójn mo|emy zamieni na caBk iterowan, a nastpnie podstawi x =ð r cosjð ìð pð éð0, ùð wspóBrzdne biegunowe íðy =ð r sinjð dla jð Îð êð úð , r Îð[ð0,r(jð)]ð, gdzie r(jð) jest funkcj 2 ëð ûð îð okre[lajc okrg we wspóBrzdnych biegunowych. x2 +ð y2 =ð y Zatem z równania x2 +ð y2 =ð y otrzymujemy r2 =ð r sinjð czyli r =ð sinjð ìð pð éð0, ùð, r Îð[ð0,sinjð]ðüð. Std (jð, r) Îð Dð1, gdzie Dð1 =ð r) :jð Îð íð(jð, ýð êð úð 4 ëð ûð îð þð r r=sinÆ ”1 À/4 À/2 Æ Wprowadzajc wspóBrzdne biegunowe okre[lili[my odwzorowanie: Dð1 bijekcja D1, ®ð D1 gdzie wntrze przechodzi we wntrze . Poniewa| funkcja f jest cigBa, wic mo|na Dð1 zastosowa twierdzenie o zamianie zmiennych w caBce podwójnej. Std pð pð pð sinjð sinjð 4 4 4 pð rdrdjð rdr 1 1 æð 1 öð pð 4 I =ð 2 =ð 2 =ð 2 ×ð djð =ð çð ÷ð òðòð 2 òðdjð òð 2 òð òðçð cos2 jð -ð1÷ðdjð =ð (ðtgjð -ðjð)ð =ð 1-ð 4 0 2 1-ð r2 0 (ð1-ð r2)ð (ð1-ð r2)ð èð øð Dð1 0 0 0 0 opracowaB Jacek ZaDko 6

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Całka podwójna w obszarze normalnym
calka podwojna w obszarze normalnym
Całka podwójna
całka podwójna2
t6 obszary normalne
całka podwójna2
01 Całka podwójna w prostokącie
Microsoft Word W19 Calka podwojna
całka podwójna (3)
Calka podwójna

więcej podobnych podstron