Enunciado

Expresse a integral ∭ E f x , y , z d V como uma integral iterada de seis modos diferentes, onde E é o solido limitado pelas superfícies dada.

z = 0 ,   x = 0 ,   y = 2 ,   z = y - 2 x

Passo 1

E aii, pessoal!

Essa questão pede pra gente expressar uma integral de seis formas diferentes.

Como assim??

Bom, o que vai mudar nessas seis formas é a ordem de integração, que é definida pelos diferenciais no final da integral:

∭ f x , y , z d x d y d z

Pra isso, a gente precisa relembrar um conceito importante, que é regiões dos tipos 1,2 , 3 :

  1. Região do tipo 1 é quando o z está entre duas funções de x , y e x , y ∈ D , onde D é a projeção da região no plano x y .
  2. Uma integral sobre uma região do tipo 1 é calculada assim:

    ∭ E f x , y , z d V = ∬ D ∫ u 1 x , y u 2 x , y f x , y , z d z d A

    Sendo que esse d A pode ser d x d y ou d y d x .

  3. Região do tipo 2 é quando o x está entre duas funções de y , z e y , z ∈ D , onde D é a projeção da região no plano y z .
  4. A integral fica:

    ∭ E f x , y , z d V = ∬ D ∫ u 1 y , z u 2 y , z f x , y , z d x d A

    E o d A é d y d z ou d z d y

  5. Região do tipo 3 é quando o y está entre duas funções de x , z e x , z ∈ D , onde D é a projeção da região no plano x z .

Nesse caso, a integral é:

∭ E f x , y , z d V = ∬ D ∫ u 1 x , z u 2 x , z f x , y , z d y d A

Com o d A sendo d x d z ou d z d x

Pra cada um desses tipos, existem duas formas diferentes de escrever a integral. Ou seja, no total são os seis que a questão quer!

Então vamos descrever o nosso sólido E como região de cada um dos tipos e determinar as integrais!

Relaxa, que a gente só precisa escrever a integral, não vamos calcular nenhuma! Então é um pouquinho mais tranquilo do que parece 😅

Passo 2

(1) Região do tipo 1

Nosso sólido é limitado por:

z = 0 , x = 0 (que são os planos x y e y z )

y = 2

z = y - 2 x

Desenhando isso, chegamos nesse sólido:

A face que aparece na direita desse desenho é o plano y = 2 , e a face de “cima” é o plano z = y - 2 x (que é a reta y = 2 x no plano x y e a reta z = y no plano y z ).

Assim, conseguimos ver que o sólido está abaixo dessa face z = y - 2 x e acima de z = 0 :

0 ≤ z ≤ y - 2 x

Passo 3

Com relação a x e y , vamos ver a projeção no plano x y :

A região está acima da reta y = 2 x e abaixo da reta y = 1 :

2 x ≤ y ≤ 1

E o x varia de 0 a 1

Com esses limites, montamos a integral:

∭ E f x , y , z d V = ∫ 0 1 ∫ 2 x 1 ∫ 0 y - 2 x f x , y , z d z d y d x

Podemos inverter esse d y   d x se isolarmos o x na equação da reta:

y = 2 x

x = y 2

Agora vemos que a projeção do sólido está entre x = 0 e x = y / 2 :

0 ≤ x ≤ y 2

E y varia de 0 a 2 :

∭ E f x , y , z d V = ∫ 0 2 ∫ 0 y 2 ∫ 0 y - 2 x f x , y , z d z d x d y

Passo 4

(2) Região do tipo 2

Pra descrever como uma região do tipo 2 , vamos agora isolar o x :

z = y - 2 x

2 x = y - z

x = y - z 2

Agora olhando por x , o sólido está entre x = 0 e essa face, então:

0 ≤ x ≤ y - z 2

Passo 5

Olhando pra projeção no plano y z :

A região está entre o eixo y e essa reta:

z = y

Então

0 ≤ z ≤ y

E para y :

0 ≤ y ≤ 2

A integral fica:

∭ E f x , y , z d V = ∫ 0 2 ∫ 0 y ∫ 0 y - z 2 f x , y , z d x d z d y

Igual fizemos em (1), pra inverter d z   d y :

z = y ⇒ y = z

A região está entre y = z e y = 2 :

z ≤ y ≤ 2

E o z varia de 0 a 2

Então a outra forma da integral fica:

∭ E f x , y , z d V = ∫ 0 2 ∫ 0 z ∫ 0 y - z 2 f x , y , z d x d y d z

Passo 6

(3) Região do tipo 3

Pra descrever como uma região do tipo 3 , vamos isolar o y na equação:

z = y - 2 x

y = z + 2 x

Voltando pro sólido:

Percebe que olhando com relação a y , o sólido está entre a face de cima ( y = z + 2 x ) e a face da direita ( y = 2 ):

z + 2 x ≤ y ≤ 2

Passo 7

Agora olhando pra projeção no plano x z , pra vermos os limites de x e z :

A projeção está limitada por essa reta, que é

z = 2 - 2 x

Então:

0 ≤ z ≤ - 2 x

E

0 ≤ x ≤ 1

E a integral fica:

∭ E f x , y , z d V = ∫ 0 1 ∫ 0 2 - 2 x ∫ z + 2 x 2 f x , y , z d y d z d x

De novo, pra inverter d z   d x :

z = 2 - 2 x

2 x = 2 - z

x = 1 - z 2

A região está entre essa reta e x = 0 :

0 ≤ x ≤ 1 - z 2

0 ≤ z ≤ 2

E:

∭ E f x , y , z d V = ∫ 0 2 ∫ 0 1 - z 2 ∫ z + 2 x 2 f x , y , z d y d x d z

Resposta

∭ E f x , y , z d V =

= ∫ 0 1 ∫ 2 x 1 ∫ 0 y - 2 x f x , y , z d z d y d x

= ∫ 0 2 ∫ 0 y 2 ∫ 0 y - 2 x f x , y , z d z d x d y =

= ∫ 0 2 ∫ 0 y ∫ 0 y - z 2 f x , y , z d x d z d y =

= ∫ 0 2 ∫ 0 z ∫ 0 y - z 2 f x , y , z d x d y d z =

= ∫ 0 1 ∫ 0 2 - 2 x ∫ z + 2 x 2 f x , y , z d y d z d x =

= ∫ 0 2 ∫ 0 1 - z 2 ∫ z + 2 x 2 f x , y , z d y d x d z

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Escreva cinco outras integrais iteradas que sejam iguais à integral iterada dada. ∫ 0 1 ∫ y 1 ∫ 0 y f x , y , zd z d x d y
Esboce o sólido cujo volume é dado pela integral iterada. ∫ 0 2 ∫ 0 2 - y ∫ 0 4 - y 2 d x d z d y
A figura mostra a região de integração da integral ∫ 0 1 ∫ x 1 ∫ 0 1 - y f x , y , zd z d y d x Reescreva essa integral como uma integral iterada equivalente nas cinco outras ordens.
Calcule o valor da integral múltipla. ∫ ∫ ∫ Ey 2 z 2d V , onde E é limitado pelo paraboloidex = 1 - y 2 - z 2 e pelo planox = 0
Reescreva a integral ∫ - 1 1 ∫ x 2 1 ∫ 0 1 - y f x , y , zd zd yd x Como uma integral iterada na ordem d xd yd z .