Exercícios Resolvidos de Inversão da Ordem de Integração – Coordenadas Cartesianas
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Integrais duplas sobre regiões gerais
Calcule .
Passo 1
Bom, olhando para a integral, já vemos que tá complicado integrar isso aí direto. Digo, em relação a tá complicado, mas em seria bem melhor, não é? Vamos tentar trocar essa ordem de integração então.
Queremos isso aqui:
Ou seja, precisamos reescrever essa região de integração, para isso, vamos fazer um desenho dela, ok?
Vemos que varia desde até a reta . Mas que diabos de curva é ? Repara no seguinte:
Até aqui nada mudou, certo? Agora vamos elevar os dois lados ao quadrado:
Como elevamos ao quadrado, temos que levar com a gente a restrição:
Isso porque a raiz tem que ser , como temos um sinal negativo antes dela, sabemos que o lado esquerdo da equação é . Cuidado porque essa informação se perde quando elevamos os dois lados da equação ao quadrado! Por isso, temos que fazer essa análise.
Rearrumando a equação, temos:
Com . Ok, agora vamos pensar.
Se fosse , seria uma circunferência de raio centrada na origem. Esse ao lado do faz com que essa circunferência tenha o centro deslocado em , no caso, para . Ou seja, isso aqui:
Calma que tem mais. Não podemos nos esquecer de que :
Tá, isso aí representa a curva . Sabemos que a região tem desde essa curva até a reta .
Além disso, os limites lá da integral inicial eram:
Portanto vai desde até .
Temos, então:
Passo 2
Ok, agora vamos reescrever essa região como tipo II, ou seja, com variando entra curvas e entre números.
A variável está entre esse arco de circunferência e a reta . Isolando na equação da circunferência, temos:
Esse sinal negativo está ai porque sabemos que .
Logo, 0.
Como vemos pela figura, temos . Passando isso para a integral com a ordem invertida, temos:
Passo 3
Agora é só resolver isso aí
Calma que não é tão ruim quanto parece. Olha só, vamos chamar esse termo dentro do seno de :
Olha que lindo, isso é exatamente o que temos na integral. Percebeu? Vamos calcular o novo intervalo de integração:
Levando isso para a integral, temos: