Determine o volume do sólido que está sob o paraboloide , acima do plano e dentro do cilindro .
Passo 1
Calcular o volume entre a função e o plano dentro de uma região é o mesmo que:
Mas que região é essa? Repare que o enunciado limitou a região de integração com um cilindro, que nada mais é que a “repetição” de uma circunferência para qualquer . Portanto, o domínio que buscamos no plano , é limitado por uma circunferência de equação:
Passo 2
Como tanto a função que vamos integrar como a região de integração possuem termos e , vamos utilizar coordenadas polares. Faremos, então:
Passo 3
Agora que já definimos a substituição que faremos, vamos analisar os novos intervalos de integração.
O termo da equação da circunferência indica que ela não está centrada na origem. Vamos, então, completar o quadrado para descobrirmos seu centro:
Portanto, temos uma circunferência de raio centrada em , vamos representá-la graficamente:
O ângulo varia entre e . Se não ficou claro a partir da imagem, pensa no seguinte: o ângulo deve cobrir toda a parte à direita o eixo , e cresce no sentido anti-horário, certo? Então, a partir da origem, o ângulo deve começar cobrindo a parte de baixo da curva, e seu valor inicial é . No ponto , vamos ter . Quando a curva começa a ser fechada na origem, vai se aproximando do valor .
Já , varia entre e a curva em vermelho, então, vamos substituir os valores que definimos para e na expressão do círculo:
Como sempre, teremos:
Passo 4
Vamos, então, montar a integral em coordenadas polares:
Passo 5
Vamos começar integrando em relação a :
Passo 6
Para integrar em relação a , vamos utilizar a fórmula do arco duplo:
Aplicando essa fórmula novamente: