Enunciado

Use a geometria ou simetria, ou ambas, para calcular a integral dupla

∬ D 2 x + 3 y d A

D é o retângulo 0 ≤ x ≤ a , 0 ≤ y ≤ b

Passo 1

Faala, pessoal!

Nessa questão a gente precisa calcular uma integral dupla, mas não vamos calcular normalmente!

A questão pediu pra usarmos geometria ou simetria, ou ambas.

Geometria nós vamos usar pra comparar a integral com o volume de um sólido, e ai calculando o volume, nos já temos o valor da integral!

Spoiler: antes de fazer isso, a gente pode separa essa integral em uma soma de duas integrais...

Já simetria está relacionado com funç��es pares ou ímpares.

Uma função par é aquela que:

f - x = f x

E então:

∫ - c c f x d x = 2 ∫ 0 c f x d x

Já uma função ímpar é quando:

f - x = - f x

E:

∫ - c c f x d x = 0

Percebe que simetria é usada principalmente em intervalos do tipo - c , c , mas os intervalos do nosso domínio são do tipo 0 , c .

Então pra resolver essa questão, a gente vai usar geometria!

Primeiro vamos separar integral em uma soma de integrais, ver quais são os sólidos que cada uma delas representa, e calcular os volumes desses sólidos. No final, a integral vai ser a soma dos dois volumes.

Passo 2

A nossa integral é:

∬ D 2 x + 3 y d A =

= ∬ D 2 x d A + ∬ D 3 y d A

Nós vamos identificar cada uma dessas integrais como o volume de um sólido, então vamos dar nomes a isso:

∬ D 2 x + 3 y d A = ∬ D 2 x d A ⏟ V 1 + ∬ D 3 y d A ⏟ V 2

Calculando cada um dos volumes, vamos ter:

∬ D 2 x + 3 y d A = V 1 + V 2

Passo 3

Vamos para o primeiro volume:

V 1 = ∬ D 2 x d A

Essa integral representa o volume embaixo do gráfico de z = 2 x , sobre o domínio D , que é esse:

A superfície z = 2 x é um plano. A gente consegue esboçar ela desenhando a reta z = 2 x no plano x z e depois estendendo para o 3D:

Como estamos só no domínio D , o sólido fica assim:

Esse sólido é metade de um paralelepípedo, de arestas a , b e 2 a .

Como o volume de um paralelepípedo é o produto das arestas, nosso volume fica assim:

V 1 = 2 a ∙ a ∙ b 2 = a 2 b

Passo 4

Agora calculando o segundo volume:

V 2 = ∬ D 3 y d A

Percebe que vai ser bem parecido com o primeiro?

O domínio é o mesmo:

E o sólido é a região embaixo do gráfico do plano z = 3 y sobre esse domínio:

O sólido fica assim:

Que é metade de um paralelepípedo de arestas a , b e 3 b . Então o volume fica:

V 2 = 3 b ∙ a ∙ b 2 = 3 2 a b 2

Passo 5

A integral vai ser a soma dos dois volumes:

∬ D 2 x + 3 y d A = V 1 + V 2

= a 2 b + 3 2 a b 2

Resposta

∬ D 2 x + 3 y d A = a 2 b + 3 a b 2 2

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