Kettős integrál Hármas integrál. Többes integrálok. Sáfár Orsolya május 13.

Hasonló dokumentumok
Megjegyzés: jelenti. akkor létezik az. ekkor

Az f ( xy, ) függvény y változó szerinti primitív függvénye G( x, f xydy= Gxy + C. Kétváltozós függvény integrálszámítása. Primitívfüggvény.

T obbv altoz os f uggv enyek integr alja. 3. r esz aprilis 19.

Széchenyi István Egyetem

Többváltozós függvények Feladatok

ANALÍZIS II. Példatár

sin x = cos x =? sin x = dx =? dx = cos x =? g) Adja meg a helyettesítéses integrálás szabályát határozott integrálokra vonatkozóan!

Matematika II. 1 sin xdx =, 1 cos xdx =, 1 + x 2 dx =

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

Matematika II képletek. 1 sin xdx =, cos 2 x dx = sh 2 x dx = 1 + x 2 dx = 1 x. cos xdx =,

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

Feladatok megoldásokkal a 9. gyakorlathoz (Newton-Leibniz formula, közelítő integrálás, az integrálszámítás alkalmazásai 1.

8. előadás. Kúpszeletek

Matematika I. Vektorok, egyenesek, síkok

Hármas integrál Szabó Krisztina menedzser hallgató. A hármas és háromszoros integrál

Integrálszámítás (Gyakorló feladatok)

Koordinátarendszerek

1. Számsorok, hatványsorok, Taylor-sor, Fourier-sor

1. Bevezetés. 2. Felületek megadása térben. A fenti kúp egy z tengellyel rendelkező. ismerhető fel, hogy. 1. definíció. Legyen D R n.

Analízis III. gyakorlat október

2 (j) f(x) dx = 1 arcsin(3x 2) + C. (d) A x + Bx + C 5x (2x 2 + 7) + Hx + I. 2 2x F x + G. x

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

VIK A1 Matematika BOSCH, Hatvan, 5. Gyakorlati anyag

x = cos αx sin αy y = sin αx + cos αy 2. Mi a X/Y/Z tengely körüli forgatás transzformációs mátrixa 3D-ben?

Miskolci Egyetem GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR. Polárkoordinátás és paraméteres megadású görbék. oktatási segédanyag

Matematika szigorlat június 17. Neptun kód:

Kinematika szeptember Vonatkoztatási rendszerek, koordinátarendszerek

Többes integrálok matematikai és fizikai alkalmazásai

Matematikai analízis II.

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

Kalkulus. Komplex számok

valós számot tartalmaz, mert az ilyen részhalmazon nem azonosság.

5 1 6 (2x3 + 4) 7. 4 ( ctg(4x + 2)) + c = 3 4 ctg(4x + 2) + c ] 12 (2x6 + 9) 20 ln(5x4 + 17) + c ch(8x) 20 ln 5x c = 11

5. fejezet. Differenciálegyenletek

Kettős és többes integrálok

Komplex számok. Wettl Ferenc előadása alapján Wettl Ferenc előadása alapján Komplex számok / 18

Matematika III előadás

9. Írjuk fel annak a síknak az egyenletét, amely átmegy az M 0(1, 2, 3) ponton és. egyenessel;

2. Házi feladat és megoldása (DE, KTK, 2014/2015 tanév első félév)

Dierenciálhányados, derivált

Matematika III előadás

Integr alsz am ıt as. 1. r esz aprilis 12.

Debreceni Egyetem. Feladatok a Matematika II. tárgy gyakorlataihoz. Határozatlan integrál

11. gyakorlat megoldásai

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Paraméter

Koordinátageometria. , azaz ( ) a B halmazt pontosan azok a pontok alkotják, amelynek koordinátáira:

A Descartes derékszög½u koordinátarendszert az i; j; k ortonormált bázis feszíti ki. Egy

Felügyelt önálló tanulás - Analízis III.

1. Oldja meg a z 3 (5 + 3j) (8 + 2j) 2. Adottak az A(1,4,3), B(3,1, 1), C( 5,2,4) pontok a térben.

11. gyakorlat megoldásai

I. feladatsor. 9x x x 2 6x x 9x. 12x 9x2 3. 9x 2 + x. x(x + 3) 50 (d) f(x) = 8x + 4 x(x 2 25)

MATEMATIKA HETI 5 ÓRA

(x + 1) sh x) (x 2 4) = cos(x 2 ) 2x, e cos x = e

1/1. Házi feladat. 1. Legyen p és q igaz vagy hamis matematikai kifejezés. Mutassuk meg, hogy

Analízis házi feladatok

Kétváltozós függvények differenciálszámítása

Haladó lineáris algebra

x 2 e x dx c) (3x 2 2x)e 2x dx x sin x dx f) x cosxdx (1 x 2 )(sin 2x 2 cos 3x) dx e 2x cos x dx k) e x sin x cosxdx x ln x dx n) (2x + 1) ln 2 x dx

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Analízis II. gyakorlat

10. Koordinátageometria

Szélsőérték feladatok megoldása

VIK A2 Matematika - BOSCH, Hatvan, 3. Gyakorlati anyag. Mátrix rangja

A2 jegyzet építőmérnök mérnök hallgatóknak Többváltozós deriválás

FELVÉTELI VIZSGA, szeptember 12.

1. Parciális függvény, parciális derivált (ismétlés)

A kör. A kör egyenlete

10. Differenciálszámítás

2014/2015. tavaszi félév

1. Számsorok, hatványsorok, Taylor-sor, Fourier-sor

Matematikai háttér. 3. Fejezet. A matematika hozzászoktatja a szemünket ahhoz, hogy tisztán és világosan lássa az igazságot.

Számítógépes Grafika mintafeladatok

5. előadás. Skaláris szorzás

Abszolútértékes egyenlôtlenségek

Kalkulus 2., Matematika BSc 1. Házi feladat

Koordinátageometriai gyakorló feladatok I ( vektorok )

Numerikus matematika

Koordináta-geometria feladatok (emelt szint)

Debreceni Egyetem. Kalkulus II. példatár. Gselmann Eszter

Matematika III. harmadik előadás

Analízis I. zárthelyi dolgozat javítókulcs, Informatika I okt. 19. A csoport

Vektorok és koordinátageometria

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

A gyakorlatok anyaga

Q 1 D Q 2 (D x) 2 (1.1)

Matematika I. NÉV:... FELADATOK: 2. Határozzuk meg az f(x) = 2x 3 + 2x 2 2x + 1 függvény szélsőértékeit a [ 2, 2] halmazon.

Lineáris leképezések. Wettl Ferenc március 9. Wettl Ferenc Lineáris leképezések március 9. 1 / 31

Területszámítás Ívhossz számítás Térfogat számítás Felszínszámítás. Integrálszámítás 4. Filip Ferdinánd

0-49 pont: elégtelen, pont: elégséges, pont: közepes, pont: jó, pont: jeles

Koordináta geometria III.

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

1 2. Az anyagi pont kinematikája

25 i, = i, z 1. (x y) + 2i xy 6.1

2. Adott a valós számok halmazán értelmezett f ( x) 3. Oldja meg a [ π; π] zárt intervallumon a. A \ B = { } 2 pont. függvény.

Az egyenes és a sík analitikus geometriája

Csuklós mechanizmus tervezése és analízise

Definíció Függvényegyenletnek nevezzük az olyan egyenletet, amelyben a kiszámítandó ismeretlen egy függvény.

Differenciálszámítás. 8. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Differenciálszámítás p. 1/1

8. feladatsor: Többváltozós függvények határértéke (megoldás)

BIOMATEMATIKA ELŐADÁS

Átírás:

2015 május 13.

Kétváltozós függvény kettősintegráljának definíciója Legyen f (x, y), R 2 R korlátos függvény egy T korlátos és mérhető területű tartományon. Vegyük a T tartomány egy felosztását T 1, T 2,..., T n tartományokra, melyek területe legyen rendre t 1, t 2,... t n. Képezzük a n t i inf f (x, y) (x,y) T i i=1 n t i sup f (x, y) (x,y) T i i=1 alsó illetve felső közelítő összegeket. Ha ezek tartanak egy közös határértékhez, midőn max i t i 0, akkor ezen közös határérték lesz a függvény kettős integrálja, jele T f (x, y)da.

Téglalap Legyen T R 2 egy téglalap, azaz két intervallum direkt szorzata, T = [a, b] [c, d]. Ekkor ( b ) d f (x, y)da = f (x, y)dy dx = T = d y=c x=a y=c ( ) b f (x, y)dx dy x=a Ennek segítségével vissza tudjuk vezetni a kettős integrál kiszámítását egymás utáni egyszeres integrálok kiszámítására (ez a Fubini-tétel leegyszerűsített változata).

Első példa Legyen T = [ 1, 1] [0, 2] T xy cosh(xy 2 )da =? Ezen integrált kétféleképpen is át tudjuk írni: ( 2 xy cosh(xy 2 )da = T 2 x= 1 xy cosh(xy 2 )dy ( ) xy cosh(xy 2 )dx dy x= 1 ) dx = Itt mi dönthetünk az integrálás sorrendjéről. Célszerűbb először y, majd x szerint integrálni, hiszen ekkor a függvény összetett függvény szorozva a belső függvény deriváltja alakú (míg x függvényeként tekintve a belső fv deriváltja y 2 lenne).

Első példa x= 1 2 xy cosh(xy 2 )dydx = x= 1 [ sinh(xy 2 ) 2 ] 2 dx = x= 1 sinh(4x) 2 [ cosh(4x) 0 dx = 8 ] 1 x= 1 = 0

ok Egy N x tartományt x-ra vonatkozó normáltartománynak nevezzünk, ha léteznek olyan c(x) és d(x) alsó- illetve felső határoló függvények, hogy az N x tartomány összes pontja jellemezhető az a x b és c(x) y d(x) egyenlőtlenségekkel. Ekkor: b d(x) f (x, y)da = f (x, y)dydx T x=a y=c(x)

ok Egy N y tartományt y-ra vonatkozó normáltartománynak nevezzünk, ha léteznek olyan a(y) és b(y) baloldali- illetve jobboldali határoló függvények, hogy az N y tartomány összes pontja jellemezhető az c y d és a(y) x b(y) egyenlőtlenségekkel. Ekkor: d b(y) f (x, y)da = f (x, y)dxdy T y=c x=a(y)

Példák normáltartományokra

Példák normáltartományokra

Második példa Legyen a T az y = (x + 1) 2 parabola illetve az y = 3x + 1 egyenes által határolt korlátos tartomány. T 5x + 2ydA =?

Második példa Ekkor T x-re (egyébként y-ra is) normáltartomány. A parabola az alsó határoló görbe, az egyenes pedig a felső. Az x határai a két görbe metszéspontjaiból, azaz (x + 1) 2 = 3x + 1 egyenelet megoldásaiból 0-nak, illetve 1-nek adódnak. Azaz előbbi tételünk szerint: 3x+1 5x + 2ydA = 5x + 2ydydx = T x=0 y=(x+1) 2 x=0 [ 5xy + y 2 ] 3x+1 y=(x+1) 2 dx =

Második példa x=0 5x(3x + 1) + (3x + 1) 2 5x(x + 1) 2 (x + 1) 4 dx = x=0 5x 3 5x 2 x 4 3x 3 + 6x 2 + 3xdx = [ x 5 ] 1 4 5 8x 4 + x 3 2 3 + 3x 2 x=0 = 1 5 81 4 + 1 3 + 31 2 = 11 30

Harmadik példa Cseréljük fel az integrálás sorrendjét, majd számítsuk ki a határológörbék által meghatározott tartomány területét! 0 x= 1 1 x 2 x 1dydx + 1dydx x=0

Harmadik példa A tartomány transzformációja : 0 y 1, illetve baloldali határ: y = 1 x 2 x = 1 y 2 és a jobboldali határ: y = 1 x x = 1 y. Így: 0 x= 1 y 1 x 2 x= 1 y 2 1dxdy = x 1dydx + 1dydx = x=0 [x] 1 y x= 1 y 2 dy = 1 y + 1 y 2 dy = 1 2 + π 4

Negyedik példa x=y 2 ye x2 dxdy =? x szerint nem tudjuk felírni a primitív függvényt, ezért cseréljük meg az integrálás sorrendjét! x=y 2 ye x2 x=0 x=0 dxdy = [ y 2 x 2 ex2 dx = 2 ex2 [ x=0 ] x e x2 4 x dx = ] 1 x=0 ye x2 dydx = = e 4 1 4

Polártranszformáció Bizonyos típusú tartományok polár koordinátákkal szebben írhatóak fel, esetleg a függvény alakja egyszerűsödik. A polár koordinátákban r jelöli a pont origótól mért távolságát, ϕ a pont helyvektora és az x tengely pozitív fele által bezárt szöget. Ekkor az összefüggés a Descartes koordinátákkal: x = r cos(ϕ) y = r sin(ϕ), ahol 0 r, ϕ [0, 2π). Ha integrálba helyettesítünk polár koordinátákat, akkor még be kell szoroznunk az áttérés Jacobi-determinánsának abszolút értékével, polárkoordináták esetén r-rel.

Ötödik példa Legyen T az 1 x 2 + y 2 4, 0 y x egyenlőtlenségek által meghatározott tartomány. T xy 5 da =?

Ötödik példa Térjünk át polár koordinátákra! Ekkor a tartományt a 1 r 2 és a 0 ϕ π 4 egyenlőtlenségek írják le. A keresett integrál pedig: T xy 5 da = 2 r=1 π 4 ϕ=0 [ ] r 8 2 [ sin 6 ] π (ϕ) 4 8 r=1 6 ( 32 1 ) = 1 8 48 r cos(ϕ)r 5 sin 5 (ϕ)rdϕdr = ϕ=0 =

Hatodik példa Legyen T az x 2 6x + y 2 0 és 0 y egyenlőtlenségek által meghatározott tartomány. x 2 + y 2 da =? T Ekkor a tartomány egy (nem origó középpontú) félkör, hiszen x 2 6x + y 2 0 (x 3) 2 + y 2 3 2, azaz érinti az y tengelyt.

Hatodik példa Ekkor 0 ϕ π 2, és Thálész-tétele miatt 0 r 6 cos(ϕ). π 2 π 2 6 cos(ϕ) ϕ=0 r=0 π 2 6 cos(ϕ) ϕ=0 ϕ=0 72 r=0 T x 2 + y 2 da = r 2 cos(ϕ) + r 2 sin(ϕ) r drdϕ = r 2 drdϕ = 6 3 cos 3 (ϕ) 3 [ sin(ϕ) sin3 (ϕ) 3 π 2 ϕ=0 [ r 3 3 ] 6 cos(ϕ) r=0 dϕ = π dϕ = 72 2 cos(ϕ)(1 sin 2 (ϕ))dϕ = ϕ=0 ] π 2 dϕ = 72 ϕ=0 ( 1 1 ) = 48 3

Hengerkoordináták definíciója Legyen f (x, y, z) egy R 3 R folytonos függvény. Ekkor a hármas Rieman integrálja egy V mérhető térfogatú térrészen definiálható V felosztásának segítségével (hasonlóan kétváltozós esethez). Téglatest alakú tartományon, azaz V = [a, b] [c, d] [e, f ]-on igaz a három darab egyszeres integrálra történő felbontás: V g(x, y, z)dv = f z=e d y=c b b x=a x=a d y=c f z=e g(x, y, z)dzdydx = g(x, y, z)dxdydz =...

Hengerkoordináták térben A térben is beszélhetünk normáltartományról, akkor ha egy V R 3 térrész jellemezhető az a x b egyenlőtlenségekkel. Ekkor V g(x, y, z)dv = c(x) y d(x) e(x, y) z f (x, y) b x=a d(x) y=c(x) f (x,y) z=e(x,y) g(x, y, z)dzdydx

Hengerkoordináták térben A változók sorrendje lehet más, a hangsúly a függéseken van. Például: ha V a c y d a(y) x b(y) e(x, y) z f (x, y) egyenlőtlenségekkel jellemezhető, akkor V g(x, y, z)dv = d y=c b(y) x=a(y) f (x,y) z=e(x,y) g(x, y, z)dzdxdy

Hengerkoordináták Példa normáltartományra

Hengerkoordináták Hetedik példa Legyen V a x = 0 y = 0 x 2y + 2 = 0 2x 2y + z + 2 = 0 2x 2y + z 2 = 0 síkok által határolt korlátos térrész. 6xyzdV? V

Hengerkoordináták Hetedik példa Ekkor V felírása normáltartományként: 0 x 2, 0 y x 2 + 1, és 2x + 2y 2 z 2x + 2y + 2

Hengerkoordináták Hetedik példa 2 V x=0 6xyz dv = 2 x 2 +1 x=0 2 x=0 x 2 +1 x 2 +1 z=2x+2y+2 z=2x+2y 2 [ 3xyz 2 ] z=2x+2y+2 z=2x+2y 2 dydx = 6xyz dzdy dx = 3xy(2x + 2y + 2) 2 3xy(2x + 2y 2) 2 dydx = 2 x=0 x 2 +1 3xy 16(x + y)dydx =

Hengerkoordináták Hetedik példa 2 x=0 2 x 2 +1 x=0 2 48(x 2 y+xy 2 )dydx = x=0 2 x=0 [ 24x 2 y 2 + 16xy 3] x 2 +1 dx = 24x 2 ( x 2 + 1 ) 2 + 16x ( x 2 + 1 ) 3 dx = 6x 2 ( x + 2) 2 + 2x( x + 2) 3 dx = 2 x=0 [4 x 5 5 + x 2 ] 2 = 128 8 x=0 5 + 1 2 = 261 10 4x 4 + 16xdx =

Hengerkoordináták A hengerkoordináták definiciója Egy pont helyzetét a térben jellemezhetjük az (x, y, z) valós számokból álló hármas helyett, az (r, ϕ, z) hármassal, ahol z jelentése változatlan (a z koordináta), r a pont és a z tengely távolsága, ϕ pedig a pont xy síkra eső merőleges vetületének helyvektorának és az x tengely pozitív fele által bezárt szöge. Az áttérés Descartes és hengerkoordináták között: x = r cos(ϕ) y = r sin(ϕ) z = z ahol z R, 0 r, ϕ [0, 2π). A hengerkoordinátákra való áttérés Jacobi-mátrix determinánsának abszolútértéke r.

Hengerkoordináták Nyolcadik példa Legyen V azon korlátos térrész, amelyet a z = 3 x 2 + y 2 egyenletű kúp, illetve a z = 4 x 2 y 2 egyenletű forgásparaboloid határol. x 2 + y 2 dv =? V

Hengerkoordináták Nyolcadik példa Térjünk át hengerkkordinátákra! Ekkor z = 3r illetve z = 4 r 2 a két határoló felület egyenlete. A metszésvonalra 3r = 4 r 2 miatt r = 1 adódik. A (normál)tartomány határai a 0 ϕ 2π, 0 r 1 illetve 3r z 4 r 2. x 2 + y 2 dv = 2π ϕ=0 r=0 4 r 2 z=3r V r 2 cos 2 (ϕ) + r 2 sin 2 (ϕ) r dzdrdϕ =

Hengerkoordináták Nyolcadik példa 2π ϕ=0 r=0 2π ϕ=0 2π ϕ=0 r=0 4 r 2 z=3r [ r 2 z ] 4 r 2 z=3r drdϕ = 2π [4 r 3 3 r 5 5 3r4 4 ] 1 ϕ=0 r 2 dzdrdϕ = r=0 dϕ = 2π r=0 4r 2 r 4 3r 3 drdϕ = ( 4 3 1 5 3 4 ) = 23π 30

Hengerkoordináták Egy pont helyzetét a térben jellemezhetjük az (x, y, z) valós számokból álló hármas helyett, az (r, ϕ, θ) hármassal, ahol r a pont és az origó távolsága, θ a pont helyvektora és a z tengely pozitív fele által bezárt (tér)szög, ϕ pedig a pont xy síkra eső merőleges vetületének helyvektorának és az x tengely pozitív fele által bezárt szöge. Az áttérés Descartes és gömbikoordináták között: x = r cos(ϕ) sin(θ) y = r sin(ϕ) sin(θ) z = r cos(θ) ahol 0 r, ϕ [0, 2π), θ [0, π].

Hengerkoordináták Ezen szögeket úgy képzelhetjük el, hogy ha r = r 0 -et rögzítjük, akkor x 2 + y 2 + z 2 = r0 2 miatt egy gömbfelületen vagyunk, például a földgömbön. Ekkor θ azt mondja meg, hogy melyik szélességi körön vagyunk pl. θ = 0 az Északi-sark, θ = π 8 a Ráktérítő, θ = π 2 az Egyenlítő. A ϕ szög pedig a hosszúsági fokoknak felel meg, ez mondja meg például, hogy melyik időzónában vagyunk. Így már érthetőbb, hogy θ miért csak π-ig megy 2π helyett. A gömbikoordinátákra való áttérés Jacobi-mátrix determinánsának abszolútértéke r 2 sin(θ).

Hengerkoordináták Kilencedik példa Számoljuk ki a V : x 2 + y 2 + z 2 4 és x 2 3 + y 2 3 z 3x 2 + 3y 2 egyenlőtlenségekkel jellemzett korlátos térrész térfogatát!

Hengerkoordináták Kilencedik példa ban az első egyenlőtlenség 0 r 2 alakban írható. x A második egyenlőtlenség : 2 3 + y 2 3 z 3x 2 + 3y 2 r 3 r sin(θ) r cos(θ) 3 sin(θ) miatt r-el, és cos(θ)-val átosztva (ami pozitív, hiszen z is mindig pozitív az origót kivéve, ugyanis az alsó határ egy gyök) kapjuk, hogy 1 3 tan(θ) 3, azaz π 6 θ π 3.

Hengerkoordináták Kilencedik példa V [ r 3 2π 3 1dV = ] 2 2π ϕ=0 π 3 θ= π 6 [ cos(θ)] π 3 θ= π 6 r=0 2 r=0 = 2π 8 3 r 2 sin(θ)drdθdϕ = ( 1 2 + 3 2 )