Enunciado

Expresse a integral dupla em termos de uma integral unidimensional com relação a r . Em seguida, use a calculadora para avaliar a integral correta com quatro casas dimensionais.

∬ D e x 2 + y 2 2 d A

Onde D está o disco com centro na origem e raio 1.

Passo 1

Fala, amigos! Tudo de boa?

O enunciado nos dá uma integral dupla:

∬ D e x 2 + y 2 2 d A

Como uma integral em relação a r . Uma integral unidimensional é aquela que depende só de uma variável, que o enunciado pede que seja r .

Aqui, nossa região D é:

o disco com centro na origem e raio 1

Nossa técnica aqui é transformar nossa integral para coordenadas polares usando:

x 2 + y 2 = r 2

(equação da circunferência)

d A = r   d r   d θ

E achar nossos limites de integração com o gráfico da região D .

Daí escrevemos a integral “de dentro” em relação a θ . Como resolvemos a integral de dentro antes, vai sobrar para nós uma integral de r , que é o que a questão pede.

Por fim, vamos usar uma calculadora para realizar o cálculo da integral e achar seus valores com 4 casas decimais, ou seja, com 4 casas depois da vírgula.

Passo 2

Como a nossa região é uma região circular (disco), em coordenadas polares, podemos escrevê-la da seguinte forma:

2 π

Como o círculo tem centro em 0 e raio igual a 1, a variação de r é:

0 ≤ r ≤ 1

Partindo do eixo x no sentido anti-horário, para completar o circula, precisamos percorrer 360 ° , ou seja, 2 π :

0 ≤ θ ≤ 2 π

Fazendo:

d A = r   d r   d θ

Também vamos parametrizar o termo dentro da função e , x 2 + y 2 .

Temas da equação da circunferência que:

x 2 + y 2 = r 2

Então, ficamos como:

∬ D e r 2 2 r   d r   d θ = ∬ D e r 4 r   d r   d θ

Tínhamos:

∬ D e x 2 + y 2 2 d A

Portanto, a nossa integral transforma-se em:

∫ 0 1 ∫ 0 2 π e r 4 r d θ d r

Colocamos a integral d θ antes, para depois ficarmos somente com a integral em função de r .

Passo 3

Inicialmente, vamos resolver a primeira parte da integral. Desta forma, temos:

∫ 0 1 ∫ 0 2 π e r 4 r d θ d r = ∫ 0 1 2 π r e r 4 d r

Então:

∫ 0 1 2 π r e r 4 d r

É nossa integral unidimensional de r que o enunciado nos pediu.

Passo 4

Para resolvermos esta integral, precisamos da ajuda de softwares ou calculadoras que o resolvam. Jogando nossa integral:

∫ 0 1 2 π r e r 4 d r

No software WolframAlpha:

∫ 0 1 2 π r e r 4 d r = 459506

Aproximando o valor da integral para 4 casas decimais, temos:

∬ D e x 2 + y 2 2 d A ≅ 4,5951

Resposta

∬ D e x 2 + y 2 2 d A ≅ 4,5951

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