【先着1,000名様!】1,000円分をプレゼント!

今、重積分の勉強をしていて
∬(x+y)^4dxdy D:{(x,y)|x^2+2xy+2y^2≦1}
の問題で行き詰まりました。
適当な変数変換をして積分する問題なんですが、
どんな数で変数変換すればいいかわかりません。
わかる方、教えてください!

このQ&Aに関連する最新のQ&A

A 回答 (5件)

「u=x+y,v=y」の置換後、D→E:{(u,v)|u^2+v^2≦1},dxdy=dudv


更に「u=r cosθ,y=r sinθ」の置換後
E→F:{(r,t)|0≦r≦1,-π≦θ≦π},dudv=rdrdθ
となり
積分は
∬_F (r^5)(cosθ)^4 drdt
={∫[r:0,1] (r^5)dr}*{2∫[t:0,π] (cosθ)^4 dθ}
と書き換えることができます。
    • good
    • 2
この回答へのお礼

なるほどっ!
2重に置換するんですか~
確かにこうするときれいに解けるますね。
ありがとうございました!

お礼日時:2008/01/31 02:26

>>どうしてそんなコトがわかるの?補足にどうぞ。


> 説明不足ですいません。問題に変数変換を用いて解くよう指定がありました
普通に積分計算ができるまで、そんな指定は無視しておけばよい。

>>そして普通に計算してみたのかも補足にどうぞ
> 積分区間がよくわからずできませんでした…

積分範囲は自分で D:{(x,y)|x^2+2xy+2y^2≦1} と書いとるじゃろ?
とにかくまずは y を固定だ。すると x の積分範囲は x^2 + 2xy + 2y^2 <= 1 を x について解いた

(x+y)^2 <= 1-y^2 つまり -√(1-y^2) - y <= x <= √(1-y^2) - y だ。

これが「x の積分範囲として意味がある場合」を考える。

当然√の中身がゼロ以上でなくてはいかん。 1-y^2 >= 0
逆に√の中身がゼロ以上であれば x の積分範囲は有効だ。

与式 = ∫_{y | 1-y^2 >= 0} ∫_{ x | -√(1-y^2) - y <= x <= √(1-y^2) - y } (x+y)^4 dxdy

    = ∫_{y | 1-y^2 >= 0} { 2(√(1-y^2))^5/5 }dy

んで結局 y = sin θなどと置いてみるわけさ。立派に置換積分じゃ。
    • good
    • 1
この回答へのお礼

yを固定して範囲を考える…
基本的な考え方だったと思うんですが
自分にはまだ定着していませんでした。
これを参考に自分でも手を動かしてやってみます。
ありがとうございました!

お礼日時:2008/01/31 02:28

#3です。


積分変数の転記ミスの訂正です。
>積分は
>∬_F (r^5)(cosθ)^4 drdt
∬_F (r^5)(cosθ)^4 drdθ

として下さい。
    • good
    • 0

Dの範囲を(x+y)^2+y^2≦1と変形すると、x+y=u, y=v とおきたくなりますよね?


あとは頑張ってみてください。
    • good
    • 0

>適当な変数変換をして積分する問題なんですが、


どうしてそんなコトがわかるの?補足にどうぞ。

そして普通に計算してみたのかも補足にどうぞ。

この回答への補足

>どうしてそんなコトがわかるの?補足にどうぞ。
説明不足ですいません。問題に変数変換を用いて解くよう指定がありました

>そして普通に計算してみたのかも補足にどうぞ
積分区間がよくわからずできませんでした…

補足日時:2008/01/30 02:22
    • good
    • 0

このQ&Aに関連する人気のQ&A

お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

このQ&Aを見た人が検索しているワード

このQ&Aと関連する良く見られている質問

Q2重積分の変数変換の範囲についてです。

2重積分の変数変換の範囲についてです。

∬f(x,y)dxdy=∬f(φ(u,v),ψ(u,v))|J|dudv
の式を用いて解く問題で、この式の使い方はわかるのですが、u,vの範囲の決め方がよくわかりません。

たとえば、
x=u(1+v),y=v(1+u)
0≦x≦2,0≦y≦x
となっていたら、
0≦u(1+v)≦2,0≦v(1+u)≦u(1+v)
を解けばいいんですよね?

答えでは、v≦u≦2/(1+v),0≦v≦1となっていました。
uの範囲は理解できますが、vの範囲(v≦1の部分が)がどうしてこうなるのかがわかりません。

同様にx=u+v,y=u-v
0≦x≦2,0≦y≦2-x

0≦u≦1,-u≦v≦u
のvの範囲(v≦uの部分が)がどうしてこうなるのかわかりません。

教えてください。

Aベストアンサー

>0≦u(1+v)≦2,0≦v(1+u)≦u(1+v)
>を解けばいいんですよね?
その通り。でも

>答えでは、v≦u≦2/(1+v),0≦v≦1となっていました。
は間違い。

uをx軸(横軸)、vをy軸(縦軸)にとって(u,v)の存在領域を図示すれば
積分領域が明確に分かるかと思います。
正解:「v≦u≦2/(1+v),0≦v≦1」及び「(2/u)-1≦v≦u,-2≦u≦-1」

>同様にx=u+v,y=u-v
>0≦x≦2,0≦y≦2-x
>で
>0≦u≦1,-u≦v≦u
>のvの範囲(v≦uの部分が)がどうしてこうなるのかわかりません。
0≦u+v≦2,0≦u-v≦2-u-v
をuv平面に描くと領域が図の斜線の領域になります。式で書けば
0≦u≦1,-u≦v≦u

Q楕円の変数変換

楕円E:(x/a)^2+(y/b)^2≦1 に関して
面積 ∬_E dxdy を求めるとき、
変数変換 x=ar*cosθ,y=br*sinθ を行うと、楕円 E の r,θ での表示 E' はどのようになるのでしょうか?

Aベストアンサー

E={(x,y)|(x/a)^2+(y/b)^2≦1}
E'={(r,θ|0≦r≦1,-π≦θ<π}
 または
E'={(r,θ|0≦r≦1,0≦θ<2π}
で良いでしょう。

なお、積分の変数変換でヤコビアン|J|を忘れないようにして下さい。
つまり
dxdy=|J|drdθ=abrdrdθ
∫[E] dxdy=∫[E'] abrdrdθ
 =4ab∫[0,π/2] dθ∫[0,1] rdr
 =2πab[r^2/2](r=1)
=πab
ということです。

Q2重積分 変数変換をする場合 どなたか教えていただけないでしょうか?

1.∫∫(x^2+y^2)dxdy  D={(x,y)|(x-1)^2+y^2≦1}
2.∫∫e^(-(x^2+y^2))dxdy D={(x,y)|0≦x,0≦y}

上記の問題について、変数変換を使用するんだろうなとは解るのですが、そこから実際どうやって解いていくのかわかりません。

1については(x-1)=rcosθ,y=rsinθとして変数変換するのでしょうか? 2については、x=rcosθ,y=rsinθとして考えてみたのですが、Dの領域が座標変換した場合にどうなるのかさっぱり見当が付きません。

変数変換をするところから答えを導出するまで、詳しい過程を教えていただける方がいらっしゃいましたら、よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

遅れて申し訳ないです、(2)については
極座標変換x=rcosθ,y=rsinθによって、
E={(r,θ)|0≦r,0≦θ≦π/2}に一対一にうつる。
ヤコビアンJ=rで、
e^(-(x^2+y^2))=e^(-r^2)だから、
∫∫e^(-(x^2+y^2))dxdy=∫∫e^(-r^2)|r|drdθ
となって、あとはどちらを先に積分しても
計算できると思います。
結果は、π/2*∫re^(-r^2)dr
=π/2*[-1/2*e^(-r^2)] (0から∞まで積分)
=π/2*(0+1/2)
=π/4
こんなかんじだと思います。

Qe^(-x^2)の積分

e^(-x^2)の積分はどうやったらよいのでしょうか?
どなたか分かる方、よろしくお願いします。

eは自然対数の底でe^(-x^2)=exp{-x^2}

Aベストアンサー

ガウス分布に使いますね。
やりかたですね。一般的なものを参考程度までに、

xy座標の第一象限で原点を通る一辺aの正方形
と正方形に接する半径aの(1/4)円とr半径√2aを考えるんですね。
正方形の領域□でe^-x^2 をx方向に積分すると、
∫[0→a]e^-x^2dx
正方形の領域だからe^-y^2 をy方向に積分しても
同じ値になりますね。だから
∫[0→a]e^-x^2dx=∫[0→a]e^-y^2dy
ということは、x,yは独立に考えられるので、
∫[0→a]e^-(x^2+y^2)dxdy
={∫[0→a]e^-x^2dx}^2
という関係が出ますね。
だから、e^-(x^2)を積分する代わりにe^-(x^2+y^2)を積分してその√を取れば解が得られるという論法を利用するんですね。
四角形の領域で
I=∫[x,y:0→a]e^-(x^2+y^2)dxdy
を積分するにはちょっとなんで、四角形に接する大小の円で挟み撃ちを考えるんですね。
半径aの(1/4)円では、
極座標変換して、(x^2+y^2)=r^2, dxdy=rdrdθ
=∫[0→a]e^-(r^2)dr∫[0→π/2]dθ
=(1/2)(1-e^-a^2)(π/2)=(π/4)(1-e^-a^2)
同様に、半径√2aの(1/4)円では、
=(π/4){1-e^-(2a^2)}
だから、
x:0→a
√{(π/4)(1-e^-a^2)}<∫[0→a]e^-(x^2)dx
<√{(π/4){1-e^-(2a^2)}}
が回答ですね。これ以上は数値表を参照ですね。
a→∞ であれば、
∫[0→∞]e^-(x^2)dx=(√π)/2
が回答になりますね。
広域積分でも検索すれば参考になるかも。

ガウス分布に使いますね。
やりかたですね。一般的なものを参考程度までに、

xy座標の第一象限で原点を通る一辺aの正方形
と正方形に接する半径aの(1/4)円とr半径√2aを考えるんですね。
正方形の領域□でe^-x^2 をx方向に積分すると、
∫[0→a]e^-x^2dx
正方形の領域だからe^-y^2 をy方向に積分しても
同じ値になりますね。だから
∫[0→a]e^-x^2dx=∫[0→a]e^-y^2dy
ということは、x,yは独立に考えられるので、
∫[0→a]e^-(x^2+y^2)dxdy
={∫[0→a]e^-x^2dx}^2
という関係が出ますね。
...続きを読む

Q極座標による重積分の範囲の取りかた

∬[D] sin√(x^2+y^2) dxdy  D:(x^2 + y^2 <= π^2)
を極座標でに変換して求めよ。

という問題で、

x = rcosθ、y = rsinθ とおくのはわかるのですが、
rとθの範囲を、どのように置けばいいのかわかりません。


x^2+y^2
= (rcosθ)^2 + (rsinθ)^2
= r^2{(cosθ)^2 + (sinθ)^2}
= r^2< = π^2

とした後、-π =< r =< π としたのですが、合っているのでしょうか?
rとθの範囲の取りかたを教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

Dは原点中心の半径πの円盤なので、
0≦r≦π、0≦θ<2πです。(-π<θ≦πでもよいです。
等号もどっちにつけても良いです)

ちなみに極座標ではr≧0です。

極座標は原点からの距離rと、x軸とのなす角θを使った点の表示
方法です。

Qe^-2xの積分

e^-2xの積分はどうしたらよいのでしょうか…。e^xやe^2xsinxなどはのってるのですがこれが見つかりません。お願いします。

Aベストアンサー

いささか、思い違いのようです。

e^-2x は、 t=-2x と置いて置換してもよいけれど、牛刀の感がします。

e^-2x を微分すると、(-2)*( e^-2x )となるので、

e^-2x の積分は、(-1/2)*( e^-2x )と判明します。

Q重分積分の極座標変換について

どうして∬dxdy=∬drdθかけるrなのでしょうか
なぜrをかけるのかわかりません どうやら行列をつかったりする必要があるらしいのですがちょっとわかりずらいです  わかりやすく教えてもらえないでしょうか?

Aベストアンサー

■各座標系の面積素(微小な面積を表す成分要素)dSがどう表されるかを考えて見てください。
直交XY座標では微小な面積素dS=dxdyで表されます。
横幅dx,高さdyの長方形の面積はその積dxdyで表されるので
dS=dxdy
ということです。
一方、極座標系では
半径r方向の微小な長さの幅dr,偏角θ方向(円弧方向)の微小な長さはrdθで表されます。従って極座標(r,θ)における面積素dSの微小な面積は
dS=(dr)×(rdθ)=rdrdθ
となります。
なので
∫dS=∬dxdy=∬rdrdθ
となるのです。

●数式で扱う場合はヤコビ行列を使って座標変換ができます。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%96%A2%E6%95%B0%E8%A1%8C%E5%88%97%E5%BC%8F
この中の円座標の所が二次元の極座標のヤコビアン|J|の計算で
|J|=rが出てきますのでこれを使って変数変換
dxdy=|J|drdθ=rdrdθ
をします。
実際の計算は
x=rcosθ,y=rsinθ
から
ヤコビ行列Jを求めて
J=
(∂x/∂r,∂x/∂θ)
(∂y/∂r,∂y/∂θ)
=
(cosθ,-rsinθ)
(sinθ,rcosθ)
これからヤコビアン|J|を求めれば
|J|=
|cosθ,-rsinθ|
|sinθ, rcosθ|
=r(cos^2θ+sin^2θ)=r
となりますので機械的に
dxdy=|J|drdθ=rdrdθ
と変数変換すればいいことになります。

■で考えるか、●で考えるかは自由です。

直感的には面積素で考える■の方が覚えやすいかと思います。
XY座標から極座標への変換ではなく、もっと複雑な重積分(二変数、三変数の多重積分など)の変数変換では、ヤコビアンを使った方が間違いないでしょう。

■各座標系の面積素(微小な面積を表す成分要素)dSがどう表されるかを考えて見てください。
直交XY座標では微小な面積素dS=dxdyで表されます。
横幅dx,高さdyの長方形の面積はその積dxdyで表されるので
dS=dxdy
ということです。
一方、極座標系では
半径r方向の微小な長さの幅dr,偏角θ方向(円弧方向)の微小な長さはrdθで表されます。従って極座標(r,θ)における面積素dSの微小な面積は
dS=(dr)×(rdθ)=rdrdθ
となります。
なので
∫dS=∬dxdy=∬rdrdθ
となるのです。

●数式で扱う場合はヤコビ行列を使...続きを読む

Q積分で1/x^2 はどうなるのでしょうか?

Sは積分の前につけるものです
S dx =x
S x dx=1/2x^2
S 1/x dx=loglxl
まではわかったのですが
S 1/x^2 dx
は一体どうなるのでしょうか??

Aベストアンサー

まず、全部 積分定数Cが抜けています。また、積分の前につけるものは “インテグラル”と呼び、そう書いて変換すれば出ます ∫

積分の定義というか微分の定義というかに戻って欲しいんですが
∫f(x)dx=F(x)の時、
(d/dx)F(x)=f(x)です。

また、微分で
(d/dx)x^a=a*x^(a-1)になります …高校数学の数3で習うかと
よって、
∫x^(a-1)dx=(1/a)*x^a+C
→∫x^adx={1/(a+1)}*x^(a+1)+C
となります。

つまり、
∫1/x^2 dx=∫x^(-2)dx
={1/(-2+1)}*x^(-2+1)+C
=-x^(-1)+C
=-1/x+C

です。

Q2重積分の変数変換について

2重積分について質問です。

∬D (x^2+y^2)dxdy (D:(x/a)^2+(y/b)^2≦1)

と与えられた場合に、極座標に変換して求めようと思うのですが、

x/a=rcosθ
y/b=rsinθ

という変換の仕方で求まるのでしょうか?

また、初歩的な質問ですが、この積分で求まるのは楕円の面積なのでしょうか?
自分なりに解いてみたのですが、楕円の面積πabに一致しなかったので疑問に思いました。計算間違いでしょうか?それともそもそも2重積分の意味を勘違いしているのでしょうか?
ご回答よろしくお願いします。

Aベストアンサー

siegmund です.
きちんと計算されておられるようで,
つまらない思いこみがなければ悩むこともなかったですね.

No.3への補足:
> 領域Dはxy座標では原点を中心とした楕円であると思うのですが、極座標に変換した場合はなぜθの積分範囲は
>
> 0≦θ≦2π
>
> ではなく
>
> 0≦θ≦π/2
>
> なのでしょうか?お時間がございましたらご回答よろしくお願いいたします。

info22 さん,横から口出しですみません.
積分領域の楕円は第1象限から第4象限まで対称,
被積分関数の x^2+y^2 も第1象限から第4象限まで対称,
したがって,第1象限(0≦θ≦π/2)だけ積分してそれを4倍すれば
答になるのです.
info22 さんの計算式で積分の前に「4」がついているのは
この4倍の「4」です.

Q偏微分の記号∂の読み方について教えてください。

偏微分の記号∂(partial derivative symbol)にはいろいろな読み方があるようです。
(英語)
curly d, rounded d, curved d, partial, der
正統には∂u/∂x で「partial derivative of u with respect to x」なのかもしれません。
(日本語)
ラウンドディー、ラウンドデルタ、ラウンド、デル、パーシャル、ルンド
MS-IMEはデルで変換します。JIS文字コードでの名前は「デル、ラウンドディー」です。

そこで、次のようなことを教えてください。
(1)分野ごと(数学、物理学、経済学、工学など)の読み方の違い
(2)上記のうち、こんな読み方をするとバカにされる、あるいはキザと思われる読み方
(3)初心者に教えるときのお勧めの読み方
(4)他の読み方、あるいはニックネーム

Aベストアンサー

こんちには。電気・電子工学系です。

(1)
工学系の私は,式の中では「デル」,単独では「ラウンドデルタ」と呼んでいます。あとは地道に「偏微分記号」ですか(^^;
その他「ラウンドディー」「パーシャル」までは聞いたことがあります。この辺りは物理・数学系っぽいですね。
申し訳ありませんが,あとは寡聞にして知りません。

(3)
初心者へのお勧めとは,なかなかに難問ですが,ひと通り教えておいて,式の中では「デル」を読むのが無難かと思います。

(4)
私はちょっと知りません。ごめんなさい。ニックネームは,あったら私も教えて欲しいです。

(2)
専門家に向かって「デル」はちょっと危険な香りがします。
キザになってしまうかどうかは,質問者さんのパーソナリティにかかっているでしょう(^^

*すいません。質問の順番入れ替えました。オチなんで。

では(∂∂)/


このQ&Aを見た人がよく見るQ&A