Intégrales doubles et triples
Intégrales doubles
ID1
I=∬Dxydxdy=∫01x(∫01−xydy)dx=∫01x[2y2]01−xdx=∫01x2(1−x)2dx=21∫01(x3−2x2+x)dx
I=21[4x4−32x3+2x2]01=21[41−32+21]=21[123−8+6]=241
ID3
-
Surface du domaine :
SD=∬D1dxdy=∫01(∫x2xdy)dx=∫01[y]x2xdx=∫01(x−x2)dx=∫01(x1/2−x2)dx=[32x3/2−3x3]01
SD=32−31=31
-
Intégrale :
I=∬Dxydxdy=∫01x(∫x2xydy)dx=∫01x[2y2]x2xdx=∫01x(2x−2x4)dx=∫01(2x2−2x5)dx
I=21[3x3−6x6]01=21(31−61)=121
ID4
Surface de l'ellipse ? y−(x)=0 et y+(x) :
a2x2+b2y2=1⇔y2=b2(1−a2x2)⇔y=±b1−a2x2⇒y+(x)=b1−a2x2
S=4SD1, avec D1 le quart supérieur droit de l'ellipse (tel que x⩾0 et y⩾0). Donc
S=4(∬D1dxdy)=4[∫0a(∫0b1−x2/a2dy)dx]=4∫0ab1−a2x2dx=4b∫0a1−a2x2dx
Les calculs mènent à S=4b4πa=πab.
ID5
Rappel : équation d'un cercle →x2+y2=R2, aire d'un cercle =πR2.
xG=S1∬Dxdxdy=πR22∫−RRx(∫0R2−x2dy)dx=πR22∫−RRxR2−x2dx=(−2132)πR22∫−RR(−223)x(R2−x2)1/2dx
xG=−3πR22[(R2−x2)3/2]−RR=0
yG=S1∬Dydxdy=πR22∫−RR(∫0R2−x2ydy)dx=πR22∫−RR[2y2]0R2−x2dx=πR22∫−RR2R2−x2dx
yG=πR21[xR2−3x3]−RR=πR21[R3−3R3−(−R3−3−R3)]=πR21(2R3−32R3)=πR21(34R3)=3π4R
En polaire : {x=ρcosφy=ρsinφ, ds=ρdρdφ, D′{ρ∈[0,R]φ∈[0,π]
yG=R2π2∫0π(∫0Rρsinφρdρ)dφ=R2π2∫0πsinφ[3ρ3]0Rdφ=R2π2∫0πsinφ3R3dφ=3π2R[−cosφ]0πyG=3π4R
ID6
{x=ρcosφy=ρsinφ, f(x,y)=μ(x2+y2)→g(ρ,φ)=μρ2, ds=ρdρdφ, D′{ρ∈[0,R]φ∈[0,2π]
I0=∫02π(∫0Rμρ2ρdρ)dφ=μ∫02πdφ∫0Rρ3dρ=μ2π[4ρ4]0R=μπ2R4
Remarque. Masse →M=μ×S=μπR2, S la surface de la plaque : I0=2MR2.
ID9
-
Les coordonnées polaires (ρ,φ).
-
dS=ρdρdφ et dm=σ(ρ)dS.
-
Masse :
m=∬Σdm=∬Σσ(ρ)ρdρdφ=∬Σa(R2−ρ2)ρdρdφ,avec Σ{ρ∈[0,R]φ∈[0,2π]
Doncm=a∫02πdφ∫0RR2ρ−ρ3dρ=a2π[2R2ρ2−4ρ4]0R=2πa(2R4−4R4)=2πaR4
-
Homogénéité :
- R4∝m4, ici m = mètres ;
- a=(R2−ρ2)σ(ρ)∝m2kg.m−2, donc a∝kg.m−4 ;
- finalement, on a bien m=2πaR4∝kg.m−4.m4=kg.
Intégrales triples
IT3
Coordonnées cylindriques : ⎩⎨⎧x=ρcos(φ)y=ρsinφz⇒{μ(x2+y2)→μρ2dV=dxdydz→ρdρdφdz, E′⎩⎨⎧ρ∈[0,R]φ∈[0,2π]z∈[0,h]
I0z=∭Eμ(x2+y2)dxdydz=μ∫0hdz∫02πdφ∫0Rρ3dρ=μh2π4R4=μπ2hR4
Remarque. M=μ×Volume=μπR2h⇒I0z=2MR2.
IT4
- ρ∝C.m−3→a=r0−rρ∝mC.m−3∝C.m−4.
- Q=∭ΣdQ=∭Σρ(r)dV=∭Σa(r0−r)dV.
Coordonnées sphériques ⇒dV=r2sinθdrdθdφ, Σ⎩⎨⎧r∈[0,r0]θ∈[0,π]φ∈[0,2π]
Q=a∫02πdφ∫0πsinθdθ∫0r0(r0−r)r2dr=a2π[−cosθ]0π[r03r3−4r4]0r0=a2π2(3r04−4r04)Q=3πar04