Enunciado

Use a Regra do Ponto Médio para as integrais triplas (Exercício 24) para estimar o valor da integral. Divida B em oito subcaixas de igual tamanho.

∭ B sen ⁡ ( x y 2 z 3 ) d V

onde B = x , y , z |   0 ≤ x ≤ 4 ,   0 ≤ y ≤ 2 ,   0 ≤ z ≤ 1

Passo 1

E aí, meu povo! De boas?

Nossa questãozinha pede pra gente usar a regra do ponto médio para integrais triplas para que a gente ache o valor de:

∭ B sen ⁡ ( x y 2 z 3 ) d V

Onde a região de integração é:

B = x , y , z |   0 ≤ x ≤ 4 ,   0 ≤ y ≤ 2 ,   0 ≤ z ≤ 1

A regra do ponto médio é dada pela relação:

∭ B f x , y , z d V ≈ ∑ i = 0 N f x i , y i , z i ∆ V  

Aqui para nós:

∭ B sen ⁡ ( x y 2 z 3 ) d V ≈ ∑ i = 0 N sen ⁡ ( x y 2 z 3 ) ∆ V  

Calma! Hehe. Vamos entender o que isso significa na prática. Essa equação está dizendo que o volume de um sólido pode ser reescrito como a soma dos valores da função nos pontos médios, multiplicados pelo volume das subcaixas.

Primeiro dividimos a região de integração B em subcaixas de igual tamanho. Depois, calculamos os pontos médios de cada uma dessas subcaixas. Avaliamos a função nesses pontos e calculamos os volumes de cada subcaixa. Depois aplicamos na nossa soma.

Vem entender isso!

Passo 2

Nossa região de integração é:

B = x , y , z |   0 ≤ x ≤ 4 ,   0 ≤ y ≤ 2 ,   0 ≤ z ≤ 1

Para dividir B em oito caixas de igual tamanho, basta dividirmos cada intervalo no meio e pegar os pontos médios destes intervalos.

Se dividirmos a variação

0 ≤ x ≤ 4

em duas, ficamos com

0 ≤ x ≤ 2 e   2 ≤ x ≤ 4

e o ponto médio desses intervalos são 1 e 3 , respectivamente.

Para z temos

0 ≤ z ≤ 1 / 2 e 1 / 2 ≤ z ≤ 1

com pontos médios 1 / 4 e 3 / 4 , respectivamente.

Para y vamos dividir em

0 ≤ y ≤ 1 e 1 ≤ y ≤ 2

os pontos médios são 1 / 2 e 3 / 2 , respectivamente.

Os pontos médios das oito caixas, é a combinação desses dois valores em todas as variáveis, então ficamos com os pontos

P 1 = 1 , 1 2 , 1 4             P 5 = 1 , 3 2 , 3 4

P 2 = 1 , 1 2 , 3 4             P 6 = 3 , 1 2 , 3 4

P 3 = 1 , 3 2 , 1 4             P 7 = 3 , 3 2 , 1 4

P 4 = 3 , 1 2 , 1 4             P 8 = 3 , 3 2 , 3 4

Passo 3

Para estimar a integral, pegamos o volume de cada caixa que é

V = 2 × 1 × 0,5 = 1

Perceba que tiramos essas dimensões pelo ponto médio de cada intervalo x , y e z .

Pelo valor da função no ponto médio da caixa, então temos

�� B sen ⁡ x y 2 z 3 d V ≈

≈ 1 f P 1 + f P 2 + f P 3 + f P 4 + f P 5 + f P 6 + f P 7 + f P 8

Aqui f ( P n ) é a função sen ⁡ x y 2 z 3 em cada ponto.

Substituindo:

= sen ⁡ 1 1 2 2 1 4 3 + sen ⁡ 1 1 2 2 3 4 3 + sen ⁡ 1 3 2 2 1 4 3 +

+ sen ⁡ 3 1 2 2 1 4 3 + sen ⁡ 1 3 2 2 3 4 3 + sen ⁡ 3 1 2 2 3 4 3 +

+ sen ⁡ 3 3 2 2 1 4 3 + sen ⁡ 3 3 2 2 3 4 3 =

Realizando as multiplicações nos parênteses:

= sen ⁡ 1 2 8 + sen ⁡ 3 3 2 8 + sen ⁡ 3 2 2 8 + sen ⁡ 3 2 8 + sen ⁡ 3 5 2 8 + sen ⁡ 3 4 2 8 + sen ⁡ 3 3 2 8 + sen ⁡ 3 6 2 8

= 1,675

Então, nossa integral é:

∑ i = 0 N sen ⁡ ( x y 2 z 3 ) ∆ V = 1,675

Resposta

∭ B sen ⁡ ( x y 2 z 3 ) d V ≈ 1,675

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