fbpx
חדו"א אונליין - תרגילים ופתרונות בחינם שיעזרו לך להצליח!

רוצה 5 טיפים להצלחה בטוחה בחדו"א?

חישוב אינטגרל כפול – חישוב גבולות אינטגרציה ואינטגרל – תרגיל 3887

תרגיל 

חשבו את האינטגרל:

\int\int_D xy^2dx dy

כאשר התחום D חסום על ידי המשוואות:

y^2=4x, x=1

תשובה סופית

\int\int_D xy^2dx dy=\frac{32}{21}

פתרון

ראשית, נשרטט את התחום D – את האסימפטוטה האנכית x=1 ואת הפרבולה האופקית:

y^2=4x

התחום D נראה כך:

פרבולה ואסימפטוטה במישור XY

האסימפטוטה בכחול, הפרבולה באדום והתחום D הוא התחום החסום על ידי האסימפטוטה והפרבולה (מסומן בפסים ירוקים).

נחשב את נקודות החיתוך – נציב x=1 בפרבולה ונקבל:

y^2=4\cdot 1

y^2=4

y=\pm \sqrt{4}

y=\pm 2

קיבלנו שנקודות החיתוך הן:

(1,-2),(1,2)

כעת, נמצא את גבולות האינטגרציה של האינטגרל:

\int dx\int xy^2 dy

כדי למצוא את גבולות האינטגרציה, מתחילים מהאינטגרל הפנימי (הימני) ומעבירים ישר המקביל לציר של משתנה האינטגרציה. בתרגיל שלנו, האינטגרל הפנימי הוא לפי y, ולכן נעביר ישר המקביל לציר y. זה נראה כך:

גבול אינטגרציה לפי y בתחום פרבולה

כעת, נבדוק לאיזה ערך y שווה כשנכנסים לתחום מלמטה ולאיזה ערך y שווה כשיוצאים מהתחום למעלה. לשם כך, נבודד את המשתנה y בפרבולה ונקבל שגבולות האינטגרציה הם:

\int dx\int_{-\sqrt{4x}}^{\sqrt{4x}} xy^2 dy

נעבור למצוא את גבולות האינטגרציה החיצוניים (של האינטגרל השמאלי), לפי x. שימו לב שגבולות חיצוניים חייבים להיות קבועים, ללא המשתנים x או y. כדי למצוא את גבולות האינטגרציה החיצוניים, ניקח את הקטע הגדול ביותר בציר של משתנה האינטגרציה, החופף עם התחום D. בתרגיל שלנו, המשתנה הוא x, והקטע הגדול ביותר בציר x, שחופף עם התחום הוא הקטע:

(0,1)

לכן, גבולות האינטגרציה יהיו

\int_0^1 dx \int_{-\sqrt{4x}}^{\sqrt{4x}} xy^2 dy

הערה: את הפונקציה שמים בחלק הפנימי ביותר. אפשר להפוך את הסדר – קודם dy ואז dx – ואז גבולות האינטגרציה ישתנו בהתאם.

כעת, אפשר לפתור את האינטגרל. קודם כל, נפתור את האינטגרל הפנימי (הימני) ונכניס את התוצאה בתוך האינטגרל החיצוני (השמאלי). שימו לב האינטגרל שאנו פותרים כעת (הימני) הוא לפי המשתנה y.

=\int_0^1 [\frac{xy^3}{3}]_{-\sqrt{4x}}^{\sqrt{4x}} dx=

נציב את גבולות האינטגרציה במקום y:

=\int_0^1 (\frac{x\cdot \sqrt{4x}^3}{3}-\frac{x\cdot {(-\sqrt{4x})}^3}{3}) dx=

=\int_0^1 (\frac{x\cdot 8\sqrt{x}^3}{3}+\frac{x\cdot 8{(\sqrt{x})}^3}{3}) dx=

=\frac{8}{3}\int_0^1 x\cdot\sqrt{x}^3+x\cdot \sqrt{x}^3 dx=

=\frac{16}{3}\int_0^1 x^{\frac{5}{2}} dx=

קיבלנו אינטגרל רגיל במשתנה אחד x. נפתור אותו:

=\frac{16}{3} [\frac{x^{\frac{7}{2}}}{\frac{7}{2}}]_0^1=

=\frac{16}{3}\cdot\frac{2}{7} [x^{\frac{7}{2}}]_0^1=

נציב את גבולות האינטגרציה:

=\frac{32}{21}(1^{\frac{7}{2}}-0^{\frac{7}{2}})=

=\frac{32}{21}(1-0)=\frac{32}{21}

עזרתי לך להבין את החומר? אשמח לתרומה צנועה של כוס קפה כאן, כדי שאוכל להעלות בכיף פתרונות נוספים 🙂
רוצה פתרונות נוספים בנושא זה או בנושאים אחרים? – ספר/י לי כאן ואשמח לעזור.
מצאת טעות? יש לך שאלה בנוגע לפתרון זה? השאיר/י תגובה למטה ואשמח לענות. 

כדאי ללמוד ביחד - שתפו עכשיו

כתיבת תגובה

רוצה 5 טיפים להצלחה בטוחה בחדו"א?