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2重積分の計算:累次積分のまとめ

\(\displaystyle\iint_D f(x,y) dx dy\) の領域 \(D\) が何と何で囲まれているかを明らかにして積分する。


領域 \(D\) が \(x = a, \ x = b, \ y = \phi_1(x), \ y = \phi_2(x)\) で囲まれる場合

$$\int\!\!\!\int_D f(x,y) dx dy = \int_a^b dx \int_{\phi_1(x)}^{\phi_2(x)} dy\, f(x,y)$$

解説:

\begin{eqnarray}\int\!\!\!\int_D f(x,y) dx dy &=&
\int_a^b \left\{ \int_{\phi_1(x)}^{\phi_2(x)} f(x, y) dy \right\}  dx \\
&=& \int_a^b \int_{\phi_1(x)}^{\phi_2(x)} f(x, y) dy \,dx \\
&=& \int_a^b dx \int_{\phi_1(x)}^{\phi_2(x)} dy \,f(x, y)
\end{eqnarray}

高校では,インテグラル \(\int\) と \(dx\) の間に被積分関数 \(f(x)\) を挟んで書いてましたが,2重積分のような場合は,インテグラル \(\int_a^b \) の積分範囲が,\(x\) の範囲なのか \(y\) の範囲なのか混乱する場合もあるでしょう。

そこで,上式の一番最後の表記のように,\(\int_a^b dx\) と書いて \(x\) の積分範囲が\([a, b]\) なんですよとわかりやすくするというのが大学の書き方です。

積分する変数とその積分範囲のペアを最優先に
$$\int_a^b dx \int_{\phi_1(x)}^{\phi_2(x)} dy$$ のように書くので,肝心の被積分関数 \(f(x,y)\) が一番最後に現れて,見慣れないうちは何となく落ち着かないかもしれませんが,まあ,慣れてください。

 

領域 \(D\) が \(y = c, \ y = d, \ x = \psi_1(y), \ x = \psi_2(y)\) で囲まれる場合

 

$$\int\!\!\!\int_D f(x,y) dx dy = \int_c^d dy \int_{\psi_1(y)}^{\psi_2(y)} dx\, f(x,y)$$