Utilize a transformação dada para calcular a integral: ; onde é a região limitada pela elipse

Passo 1

Vamos resumir o enunciado da questão. Precisamos calcular a integral dupla , sendo que a região é limitada pela elipse . Além disso, temos uma transformação que relaciona e com as variáveis e : e . Vamos precisar entender como aplicar essa transformação e calcular a integral na nova região.

Passo 2

Primeiro, vamos determinar como a integração muda sob a transformação. Para isso, precisamos calcular o Jacobiano da transformação. O Jacobiano é dado por:
Vamos calcular as derivadas parciais. Temos:
Agora, montamos a matriz Jacobiana:
O determinante dessa matriz é:
Assim, o módulo do Jacobiano é .

Passo 3

Agora, substituímos e na função da integral, que fica assim:
A gente vai simplificar isso, mas isso pode ficar um pouco trabalhoso. Vamos focar em calcular a nova região da elipse. A elipse original é dada por . Substituindo as equações de transformação que temos, precisamos encontrar como a nova região $ \mathcal{R}’$ é definida em termos de e . A nova integral na região vai ser:
Isso ainda é bastante complexo, mas a ideia é que precisamos agora trocar nossa região de integração e calcular integral dupla.

Resposta

A integral será calculada substituindo tudo na nova integral, e deve ser tratado com as novas variáveis. Caso queiramos um valor específico dessa integral, seria necessário resolver, mas podemos afirmar que transformando e usando o Jacobiano, isso nos ajuda a simplificar a integral original para algo mais gerenciável. Em caso de simplificação e resolução, podemos dizer que a integral será:
é
Nessa questão, o mais importante é entender a aplicação da transformação e o uso do Jacobiano!

Exercícios relacionados

Determine o Jacobiano da transformação:
Utilize a transformação dada para calcular a integral: ; onde é a região limitada pelas curvas ,
Utilize a transformação dada para calcular a integral: ; onde é a região limitada pela elipse ;
Uma onda transversal longitudinal progressiva propaga-se ao longo de uma corda com velocidade de . Observa-se que o deslocamento da corda em varia com o tempo de acordo com a equação . A massa específica da corda é . Responda aos itens abaixo.
© Escreva a função de onda dos deslocamentos transversais da corda