Ensino Superior Cálculo 2 7. Integrais Duplas Conceitos e Propriedades Amintas Paiva Afonso Integrais Duplas • Integral dupla é uma extensão natural do conceito de integral definida para as funções de duas variáveis. Serão utilizadas para analisar diversas situações envolvendo cálculo de áreas e volumes, determinação de grandezas físicas e outros. Integrais Duplas f :IR2IR contínua no retângulo R = [a,b] x [c,d] y d R c a b x Integrais Duplas z Q f 0 em R Q = {(x,y,z)/(x,y) R e 0 z f(x,y)} Volume de Q = V = ? y R x Integrais Duplas y R d yj y yj-1 y2 y1 Partição de R Rij (xij , yij) c a x1 x2 xi-1 xi x b x Integrais Duplas z f (xij , yij) V= Q n m i 1 j1 f ( x ij , yij )A m,n lim Vij y R (xij , yij ) x Integrais Duplas Integral Dupla de f sobre o retângulo R n m i 1 j1 f ( x ij , yij )A m,n lim f ( x , y ) dA R V f ( x, y)dA R Integrais Duplas Integrais Iteradas R f ( x, y )dA f ( x, y )dy dx a c b d f ( x, y )dx dy c a d b Integrais Duplas y Integrais Duplas em Regiões Genéricas 1) Regiões inscritas em faixas verticais y = g2(x) D 0 a y = g1(x) b x D = { (x,y) | a < x < b, g1(x) < y < g2(x) } Integrais Duplas d y Integrais Duplas em Regiões Genéricas D 1) Regiões inscritas em faixas horizontais x = h2(y) c 0 x = h1(y) x D = { (x,y) | c < y < d, h1(y) < x < h2(y) } Integrais Duplas Propriedades das Integrais Duplas [ f ( x, y) g ( x, y)] dA f ( x, y) dA g ( x, y) dA D D D c f ( x, y) dA c f ( x, y) dA D D f ( x, y) dA f ( x, y) dA f ( x, y) dA D D1 D2 Integrais Duplas Massa e Centro de Massa de uma Lâmina (x,y) : densidade no ponto (x,y) D : local ocupado pela lâmina m : massa da lâmina m ( x, y)dA D Integrais Duplas Centro de Massa : (X,Y) onde X = My/m e Y = Mx/m para: M x y( x, y)dA D e M y x( x, y)dA D Exemplo 1 Exemplo 2 dx Exemplo 3 Exemplo 4 Exemplo 5 1 r 2 . r dr 1 r 2 u 2r dr du 1 r dr - du 2 1 u 3/2 u du 2 3 1 2 3/ 2 1 r 3 Exemplo 6 Exemplo 7 Calcule y sen( xy) dA, onde R = [1, 2] x [0, ]. R y sin( xy)dA y sin( xy)dydx 2 1 R 0 yd (cos( xy))dx 2 1 0 1 x 1 1 [ x 2 y cos( xy) | 0 [ 1x cos(x) x1 sin( xy) | ]dx [ 2 2 2 1 0 1 sin( x ) x2 1 x 0 cos( xy)dy ]dx cos(x ) x 2 cos(x ) 2 sin( x ) 2 d sin( x ) sin( x ) 1 x 2 dx 1 x dx 1 x 2 dx 1 x 2 2 2 sin( x ) 2 sin( x ) sin( x ) sin( x ) 1 x 2 dx x 1 1 x 2 dx x 1 0 2 ]dx Exemplo 8 1 1 Calcule a integral Iterada 0 x D = {(x, y) / 0 ≤ x ≤ 1, x ≤ y ≤ 1} sin y 2 dy dx D = {(x, y) / 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x ≤ y} Exemplo 8 sin y dy dx sin y dA 1 1 0 x 2 2 D 1 0 y 0 sin y 2 dx dy x sin y x 0 dy 0 1 x y 2 y sin y 2 dy 1 0 cos y 0 12 (1 cos1) 1 2 2 1 Exercícios 1) Calcule a integral abaixo onde R é o retângulo no plano xy limitado pelo eixo x, pela reta y = x e pela reta x = 1. sen x R x dA 2 2x 2) Resolver a integral dupla . (4 x 2)dydx . 0 x2 3) Integrar a função f(x,y), considerando o domínio definido pelas retas x = 0, y = 0 e y = x. . Propriedades das Integrais Duplas Integrais Dupla para Domínios Não Retangulares Múltiplo constante: k. f ( x, y)dxdy k R R Soma e diferença: [ f ( x, y) g ( x, y)]dxdy R f ( x, y)dxdy R f ( x, y)dxdy g ( x, y)dxdy R Aditividade: (R = R1 + R2) R f ( x, y)dxdy f ( x, y)dxdy f ( x, y)dxdy R1 R2 Cálculo de Integrais Duplas Se f (x, y) é contínua no retângulo R = [a, b] × [c, d], a integral dupla é igual a integral iterada. d b b d c a a c f ( x, y)dA f ( x, y)dxdy f ( x, y)dydx y R d y fixo c x a x b fixo Cálculo de Integrais Duplas Se f (x, y) é contínua em A = {(x, y) / x em [a, b] e h(x) y g(x)}, a integral dupla é igual a integral iterada. y b g ( x) g(x) f ( x, y)dA f ( x, y)dydx A A h(x) a x x b a h( x) Cálculo de Integrais Duplas Se f (x, y) é contínua em A = {(x, y) / y em [c, d] e h(y) x g(y)}, a integral dupla é igual a integral iterada. y d d g ( y) f ( x, y)dA f ( x, y)dxdy A y h(y) R c h( y ) g(y) c x Cálculo de Integrais Duplas b b g 2( x ) a a g 1( x ) V A( x)dx .[ f ( x, y)dy]dx b d h 2( y ) a c h1( y ) V A( y )dy .[ f ( x, y)dx]dy Integrais Duplas para Domínios Não Retangulares b b g 2( x ) a a g 1( x ) V A( x)dx .[ f ( x, y)dy]dx Cálculo de Integrais Duplas Integrais Dupla para Domínios Não Retangulares b d h 2( y ) a c h1( y ) V A( y )dy .[ f ( x, y)dx]dy Cálculo de Integrais Duplas Integrais Iteradas – Definição b d f (x, y)dA f (x, y)dydx R a c b f ( x , y)dx dy c a d Exercícios Calcule (x 2y)dA , onde D é a região limitada pelas parábolas D y = 2x2 e y = 1 + x2. 1 2 x2 ( x 2 y)dy dx 1 x 2 1 1 xy y 2 1 1 1 x(1 x 1 2 y 1 x 2 y 2 x 2 dx ) (1 x 2 ) 2 2 x 3 4 x 4 dx 3x 4 x3 2 x 2 x 1 dx 1 1 x x x x 32 3 2 x 5 4 3 2 1 15 5 4 3 Exercícios Calcule xydA, onde D é a região limitada pela reta y = x – 1 e D pela parábola y2 = 2x + 6. Resposta: 36 Exercícios xydA , onde D é a região limitada pela reta y = x – 1 Calcule D e pela parábola y2 = 2x + 6. 4 xydA 2 y 1 1 2 D y 3 2 x y 1 x2 2 2 y dy x 12 y 2 3 4 1 2 4 2 xy dx dy y ( y 1) 2 ( 12 y 2 3) 2 dy 5 y 12 4 y 3 2 y 2 8 y dy 2 4 4 4 y y 12 y 4 2 4 y 2 36 3 24 2 6 3 Exercícios Calcule xydA, onde D é a região limitada pela reta y = x – 1 D e pela parábola y2 = 2x + 6. 1 2 x 6 3 2 x 6 xydA D xy dy dx 5 2 x 6 1 x 1 xy dy dx Exercícios Exercícios 2 2 2x 2 4 y ) 2x 2x dx ( x 3 4 y )dydx ( x 3 y 2 2 0 0x x 2 x 2(2 x) 2 3 2 x 3 .x 2 2( x) 2 dx 0 2 3 6 8 x x (8 x -x )dx 3 6 0 2 5 64 64 64 32 3 6 6 3 2 0 Exercícios y 4 x4 ( x 4 y )dxdy 4 xy 4 y 0 0 4 3 2 0 4 y 4 4 y y 2 4 y . y 4 . y dy 4 2 3 y2 y 2 4 y 2 2 y dy 8 64 0 4 5 4y 2 y3 y 2 2 y3 5 3.64 2.8 3 2 4 0 y y 2 dy Exercícios 5 4y 2 y3 y 2 2 y3 5 3.64 2.8 3 2 5 8y 2 y3 y 2 2 y3 192 5 16 3 4 0 4 0 5 8.4 2 43 4 2 2.43 192 5 16 3 5 8.4 2 43 4 2 2.43 192 5 16 3 1 128 . 4 128 32 1 3 5 3 3 Exercícios Exercícios Exercícios Exercícios Valor Médio de f(x,y) sobre o domínio R 1 VM R f ( x, y ) dxdy àrea.de.R b d a c f ( x, y)dydx b d a c dydx Valor Médio de f(x,y) sobre o domínio R Exemplo: Calcular o valor médio da função f(x,y) = sen(x + y), no retângulo 0 x e 0 x /2.