与えられた重積分を、変数変換を用いて計算する問題です。具体的には以下の5つの積分を解きます。 (1) $\iint_D x^2 dxdy$, $D = \{(x,y); 0 \le x - y \le 1, 0 \le x + y \le 1\}$ (2) $\iint_D (x - y)^2 dxdy$, $D = \{(x, y); -1 \le x + 2y \le 1, -1\le x - y \le 1\}$ (3) $\iint_D (x^2 + y^2)dxdy$, $D = \{(x,y); x^2 + y^2 \le 1\}$ (4) $\iint_D \sqrt{a^2-x^2-y^2} dxdy$, $D= \{(x, y); x^2 + y^2 \le a^2, x \ge 0, y \ge 0\} \quad (a>0)$ (5) $\iint_D xy dxdy$, $D = \{(x,y); \frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} \le 1\} \quad (a>0,b>0)$
2025/7/27
## 問題の回答
1. 問題の内容
与えられた重積分を、変数変換を用いて計算する問題です。具体的には以下の5つの積分を解きます。
(1) ,
(2) ,
(3) ,
(4) ,
(5) ,
2. 解き方の手順
それぞれの積分について、変数変換と計算手順を以下に示します。
**(1) , **
* 変数変換: , とおく。このとき、, 。
* ヤコビアン: .
* 積分範囲: ,
* 積分計算:
.
**(2) , **
* 変数変換: , とおく。このとき、, 。
* ヤコビアン: .
* 積分範囲: ,
* 積分計算:
.
**(3) , **
* 変数変換: 極座標変換 , 。このとき、。
* ヤコビアン: .
* 積分範囲: ,
* 積分計算:
.
**(4) , **
* 変数変換: 極座標変換 , 。このとき、。
* ヤコビアン:
* 積分範囲: ,
* 積分計算:
に対して と置換すると、, 。 のとき , のとき 。
よって、.
**(5) , **
* 変数変換: , 。このとき、。
* ヤコビアン: .
* 積分範囲: ,
* 積分計算:
.
3. 最終的な答え
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)