質問<535>
「「2重積分」」
日付 2001/6/27
質問者 tetsuya


毎回お世話になってます。
また二重積分なのですがよろしくお願いします。

∫∫D {\(x^{3}\)/\(\sqrt{\quad}\)(\(x^{2}\)+\(y^{2}\))}dxdy  

D: 1≦\(x^{2}\)+\(y^{2}\)≦4 x≧0
Dは積分範囲

お返事(武田)
日付 2001/6/30
回答者 武田


領域Dは下図の赤色の部分になる。


      x3
∫∫────────dxdy
D1 \(\sqrt{\quad}\)(x2 +y2

x=rcosθ、y=rsinθと変数変換すると、
dxdy=rdrdθ
\(\sqrt{\quad}\)(x2 +y2 )=r
x≧0より、cosθ≧0、したがって、-π/2≦θ≦π/2
1≦r2 ≦4より、1≦r≦2

π/2  2 (rcosθ)3
∫  ∫ ───────・rdrdθ
-π/2 1    r

 π/2   2
=∫ dθ・∫ r3 cos3 θdr
 -π/2   1

 π/2     r4     2
=∫ dθ・[───cos3 θ]
 -π/2     4     1

 π/2 16-1
=∫  ────cos3 θdθ
 -π/2  4

 15 π/2
=──・∫ (1-sin2 θ)cosθdθ
  4 -π/2

 15  1
=──・∫ (1-t2 )dt
  4 -1

 15    t3  1
=──・[t-── ]
  4     3 -1

 15    1   1
=──・(1-─+1-─)
  4    3   3

 15    2  15 4
=──・(2-─)=──・─=5……(答)
  4    3   4 3