質問<2836>
「「二重積分」」
日付 2006/1/11
質問者 marin


つぎの二重積分を極座標に変換して求めよ。

∬D tan‐1(\(\frac{y}{x}\))dxdy ←アークタンジェントのつもりです…

D={x^2+y^2≦a^2 , x≧0 , y≧0}

何回やっても答えが合わないんです。
ちなみに答えはπ^2a^\(\frac{2}{16}\) です。
よろしくお願いします。

★希望★完全解答★

お便り
日付 2006/1/14
回答者 cononymous award


形式的に、
\arctan(\(\frac{y}{x}\)) = arctan(tan \theta) = \theta ,
\int \arctan(\(\frac{y}{x}\)) dxdy = \int r\theta drd\theta .

お便り
日付 2006/1/14
回答者 marin


1月11日に質問して、1月14日にCnonymous Awardにアドバイスを
いただいたのですが、アドバイスでの記号の意味が分かりません。

お返事(武田)
日付 2006/1/14
回答者 武田


Cononymous Awardさんからは、たくさんのアドバイスをいただいております。
再質問がありましたので、私から解答させていただきます。

tan‐1 ←アークタンジェント は、arctan と書くこともありますので、
問題は、tan‐1(\(\frac{y}{x}\))=arctan(\(\frac{y}{x}\))となります。
極座標(r,θ)を用いて解くと、
x=rcosθ、y=rsinθ
二重積分は、極座標を使って、
∫∫f(x,y)dxdy=∫∫f(r,θ)rdrdθ
と変形できる。

tanθ=\(\frac{y}{x}\) より、arctan(\(\frac{y}{x}\))=θ
f(x,y)=arctan(\(\frac{y}{x}\))だから、f(r,θ)=θ
D={x^2+y^2≦a^2 , x≧0 , y≧0}より、
D={r^2≦a^2 ,0≦θ≦π/2 }
 ={0≦r≦a,0≦θ≦π/2 }

したがって、
∬D tan‐1(\(\frac{y}{x}\))dxdy=∬D θrdrdθ

  π/2   a
=∫  dθ∫ rθdr
  0    0

  π/2         a
=∫  dθ[(r^\(\frac{2}{2}\))θ]
  0          0

  π/2
=∫ {(a^\(\frac{2}{2}\))θ}dθ
  0

            π/2
=(a^\(\frac{2}{2}\))[(θ^\(\frac{2}{2}\))]
            0

=(a^\(\frac{2}{2}\)){(π/2)^\(\frac{2}{2}\) }

 a^2 π^2 (πa)^2
=――・――=――――― ……(答)
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