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Calculus · real student question

x が −2 から −1、y が 0 から 1 まで動く長方形の上で、x² − 8y の重積分を計算せよ。

Question

次を計算せよ。

∬D(x2−8y) dx dy,D={−2≤x≤−1, 0≤y≤1}\iint_D (x^2-8y)\,dx\,dy, \qquad D=\{-2 \le x \le -1,\ 0 \le y \le 1\}

Step-by-step solution

  1. 簡単なケースだと見抜く。 DD は長方形なので積分範囲は両方とも定数であり、積分の順序はどちらでもよい。まず xx から積分する:

    ∫01∫−2−1(x2−8y) dx dy\int_0^1 \int_{-2}^{-1} (x^2-8y)\,dx\,dy

  2. yy を定数とみて xx で積分する。

    ∫(x2−8y) dx=x33−8yx\int (x^2-8y)\,dx = \frac{x^3}{3}-8yx

  3. xx の積分範囲を代入する。 x=−1x=-1 では −13+8y-\tfrac{1}{3}+8y、x=−2x=-2 では −83+16y-\tfrac{8}{3}+16y。引き算すると、

    (−13+8y)−(−83+16y)=73−8y\left(-\tfrac{1}{3}+8y\right)-\left(-\tfrac{8}{3}+16y\right) = \tfrac{7}{3}-8y

    xx が負の値なので符号を落としやすい。(−2)3=−8(-2)^3 = -8 であって 88 ではないことに注意。

  4. その結果を yy について 00 から 11 まで積分する。

    ∫01(73−8y)dy=[73y−4y2]01=73−4=−53\int_0^1\left(\tfrac{7}{3}-8y\right)dy = \left[\tfrac{7}{3}y-4y^2\right]_0^1 = \tfrac{7}{3}-4 = -\tfrac{5}{3}

Answer

−53-\frac{5}{3}

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