ติดตรงนี้? แก้มันด้วย AI
Calculus · real student question

จงหาค่าปริพันธ์สองชั้นของ x cos(x + y) บนบริเวณรูปสามเหลี่ยมที่มีจุดยอด (0, 0), (π, 0) และ (π, π)

Question

จงหาค่า

∬Rxcos⁡(x+y) dA\iint_R x\cos(x+y)\,dA

เมื่อ RR คือรูปสามเหลี่ยมที่มีจุดยอด (0,0)(0,0), (π,0)(\pi,0) และ (π,π)(\pi,\pi)

Step-by-step solution

  1. เปลี่ยนจุดยอดสามจุดให้เป็นสมการขอบเขต ด้านจาก (0,0)(0,0) ไป (π,0)(\pi,0) อยู่บน y=0y=0 ด้านจาก (π,0)(\pi,0) ไป (π,π)(\pi,\pi) คือเส้นตรงแนวตั้ง x=πx=\pi และด้านจาก (0,0)(0,0) ไป (π,π)(\pi,\pi) คือเส้นตรง y=xy=x สามเหลี่ยมนี้จึงเป็นเซตของจุดที่ 0≤x≤π0\le x\le\pi และ 0≤y≤x0\le y\le x

  2. เลือกลำดับ dy dxdy\,dx การอินทิเกรตตาม yy ก่อนทำให้ขอบเขตของ xx เป็นค่าคงตัว (00 ถึง π\pi) และทำให้ขอบเขตของ yy เป็นฟังก์ชันง่าย ๆ สองตัวคือ 00 กับ xx อีกทั้ง xx ยังเป็นค่าคงตัวระหว่างการอินทิเกรตชั้นใน ตัวประกอบ xx จึงดึงออกมาข้างนอกได้

    ∫0π ⁣ ⁣∫0xxcos⁡(x+y) dy dx.\int_0^\pi\!\!\int_0^x x\cos(x+y)\,dy\,dx.

  3. หาปริพันธ์ชั้นใน เมื่อ xx ถูกตรึงไว้ ∫cos⁡(x+y) dy=sin⁡(x+y)\int\cos(x+y)\,dy=\sin(x+y)

    x[sin⁡(x+y)]y=0y=x=x(sin⁡2x−sin⁡x).x\Big[\sin(x+y)\Big]_{y=0}^{y=x}=x\big(\sin 2x-\sin x\big).

  4. จัดการ ∫0πxsin⁡2x dx\int_0^\pi x\sin 2x\,dx ด้วยการอินทิเกรตทีละส่วน ให้ u=xu=x, dv=sin⁡2x dxdv=\sin 2x\,dx ดังนั้น du=dxdu=dx และ v=−cos⁡2x2v=-\tfrac{\cos 2x}{2}

    [−xcos⁡2x2]0π+12∫0πcos⁡2x dx=−π2+[sin⁡2x4]0π=−π2.\left[-\frac{x\cos 2x}{2}\right]_0^\pi+\frac12\int_0^\pi\cos 2x\,dx=-\frac{\pi}{2}+\left[\frac{\sin 2x}{4}\right]_0^\pi=-\frac{\pi}{2}.

  5. จัดการ ∫0πxsin⁡x dx\int_0^\pi x\sin x\,dx ด้วยวิธีเดียวกัน ให้ u=xu=x, v=−cos⁡xv=-\cos x

    [−xcos⁡x]0π+∫0πcos⁡x dx=π+[sin⁡x]0π=π.\Big[-x\cos x\Big]_0^\pi+\int_0^\pi\cos x\,dx=\pi+\Big[\sin x\Big]_0^\pi=\pi.

  6. รวมสองก้อนเข้าด้วยกัน ปริพันธ์ชั้นนอกคือผลต่างของผลลัพธ์ทั้งสอง

    ∬Rxcos⁡(x+y) dA=−π2−π=−3π2≈−4.712.\iint_R x\cos(x+y)\,dA=-\frac{\pi}{2}-\pi=-\frac{3\pi}{2}\approx -4.712.

    คำตอบเป็นลบตามที่คาดไว้ เพราะบนพื้นที่ส่วนใหญ่ของสามเหลี่ยมนี้ x+yx+y อยู่ระหว่าง π2\tfrac{\pi}{2} กับ 3π2\tfrac{3\pi}{2} ซึ่ง cos⁡(x+y)\cos(x+y) เป็นลบ และน้ำหนัก xx ก็ใหญ่ที่สุดตรงบริเวณนั้นพอดี การอินทิเกรตเชิงตัวเลขให้ −4.71239-4.71239 ตรงกับ −3π2-\tfrac{3\pi}{2}

Answer

−3π2≈−4.712-\frac{3\pi}{2}\approx -4.712

Need to solve a different problem like this? Open the solver →