Enunciado

Escreva cinco outras integrais iteradas que sejam iguais à integral dada.

∫ 0 1 ∫ y 1 ∫ 0 z f x , y , z   d x   d z   d y  

Passo 1

Fala, gente boa! Firmeza?

A questão pede pra gente reescrever nossa integral:

∫ 0 1 ∫ y 1 ∫ 0 z f x , y , z   d x   d z   d y  

De 5 outras formas que sejam igual a essa.

Podemos escrever integrais igual a que nos foi dadas, ou seja, que representam a mesma coisa, mas trocando a ordem de integração e, consequentemente, os limites de integração de cada uma delas. As ordens de integração mudam conforme mudamos a ordem de cada fator:

d x   d y   d z  

Como temos que manter sempre “pra dentro” as variáveis que tem funções nos limites de integração, vamos sempre encontrar formas diferentes em cada integral para descrever nossa região descrita pelos intervalos de integração dados no enunciado, conforme cada ordem de integração que estamos considerando.

Vamos lá!

Passo 2

Primeiro, vamos começar entendendo qual nossa região de integração. Para isso precisamos olhar os limites de integração para cada variável dada na nossa integral:

∫ 0 1 ∫ y 1 ∫ 0 z f x , y , z   d x   d z   d y  

Então, vamos ter as seguintes variações:

0 ≤ x ≤ z

y ≤ z ≤ 1

0 ≤ y ≤ 1

Então, o que precisamos fazer é escrever nossa integral em outras 5 ordens diferentes de:

d x   d y   d z  

Mudando sempre que necessário os limites de integração para cada variável. Para isso vamos precisar visualizar melhor esse sólido e suas projeções nos planos x y ,   x z e y z .

Sólido descrito

Projeção desse sólido nos planos x y , y z e x z

Veja que no plano x y temos a projeção cortada pela reta y = x , então dividimos em R 1 e R 2 . Vamos então reescrever essas integrais.

Passo 3

  • d z   d y   d x :
  • Vamos imaginar que vamos nos movimentar ao longo do eixo z . Assim, podemos dividir nosso sólido em duas partes: o sólido vermelho e o verde da figura. Para o sólido verde, temos que:

    x ≤ z ≤ 1

    Para o sólido vermelho, temos que:

    y ≤ z ≤ 1

    A projeção do sólido verde, no plano x y , é a região R 1 , enquanto que do sólido vermelho é a região R 2 .

    Regiões R 1 e R 2

    Para a região R 1 (reta verde da figura acima), temos que

    0 ≤ x ≤ 1   e   0 ≤ y ≤ x

    Para a região R 2 (reta vermelha da figura acima), temos que:

    0 ≤ x ≤ 1   e   x ≤ y ≤ 1

    Dessa forma, temos que a integral pode ser reescrita como:

    ∫ 0 1 ∫ 0 x ∫ x 1 f x , y , z   d z   d y   d x + ∫ 0 1 ∫ x 1 ∫ y 1 f x , y , z   d z   d y   d x

    Passo 4

  • d z   d x   d y :
  • A idéia será a mesma que a anterior, ou seja, dividimos o sólido em dois (verde e vermelho). A única coisa que vamos precisar mudar é como vemos as regiões R 1 e R 2 :

    Para R 1 (reta verde da figura acima):

    0 ≤ y ≤ 1   e   y ≤ x ≤ 1

    Para R 2 (reta vermelha da figura acima):

    0 ≤ y ≤ 1   e   0 ≤ x ≤ y

    Dessa forma, a integral fica:

    ∫ 0 1 ∫ y 1 ∫ x 1 f x , y , z   d z   d x   d y + ∫ 0 1 ∫ 0 y ∫ y 1 f x , y , z   d z   d x   d y

    Passo 5

  • d x   d y   d z :
  • Vamos imaginar que podemos nos movimentar sobre o eixo x . Nesse caso, ficamos sempre limitados entre 0 ≤ x ≤ z , concorda? A projeção será a região D 2 no plano y z .

    Observe que temos:

    0 ≤ z ≤ 1   e   0 ≤ y ≤ z

    Logo, a integral pode ser escrita como:

    ∫ 0 1 ∫ 0 z ∫ 0 z f x , y , z   d x   d y   d z

    Passo 6

  • d y   d x   d z :
  • Vamos imaginar que podemos nos movimentar sobre o eixo y . Nesse caso, ficamos sempre limitados entre 0 ≤ y ≤ z , concorda? A projeção será no plano x z , o que representa D 3 . Veja:

    Assim, temos que:

    0 ≤ z ≤ 1   e   0 ≤ x ≤ z

    Segue que a integral é:

    ∫ 0 1 ∫ 0 z ∫ 0 z f x , y , z   d y   d x   d z

    Passo 7

  • d y   d z   d x

O raciocínio é o mesmo do item anterior.

Observe que devemos ter:

0 ≤ x ≤ 1   e   x ≤ z ≤ 1

Logo, a integral é:

∫ 0 1 ∫ x 1 ∫ 0 z f x , y , z   d y   d z   d x

Resposta

Temos as seguintes possibilidades

∫ 0 1 ∫ 0 x ∫ x 1 f x , y , z   d z   d y   d x + ∫ 0 1 ∫ x 1 ∫ y 1 f x , y , z   d z   d y   d x

∫ 0 1 ∫ y 1 ∫ x 1 f x , y , z   d z   d x   d y + ∫ 0 1 ∫ 0 y ∫ y 1 f x , y , z   d z   d x   d y

∫ 0 1 ∫ 0 z ∫ 0 z f x , y , z   d x   d y   d z

∫ 0 1 ∫ 0 z ∫ 0 z f x , y , z   d y   d x   d z

∫ 0 1 ∫ x 1 ∫ 0 z f x , y , z   d y   d z   d x

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