Zgjidhja
Hapi 1. Përcaktimi i trupit të integrimit
Për të njehsuar integralin, kalojmë nga koordinatat karteziane në koordinata cilindrike, sepse funksioni nën integral përmban shprehjen x² + y², e cila në koordinata cilindrike shprehet me r².
Trupi i integrimit është:
T = { (x, y, z) | −1 ≤ x ≤ 1, −√(1−x²) ≤ y ≤ √(1−x²), x² + y² ≤ z ≤ 2 − x² − y² }
Hapi 2. Përcaktimi i sipërfaqeve kufizuese
Trupi T ndodhet sipër sipërfaqes z = x² + y²
dhe poshtë sipërfaqes z = 2 − x² − y²
Të dyja sipërfaqet janë paraboloide.
Projeksioni i trupit në rrafshin Oxy është zona:
D = { (x, y) | −1 ≤ x ≤ 1, −√(1−x²) ≤ y ≤ √(1−x²) }
Nga kushti x² + y² ≤ 1, kuptojmë se zona D është rrethi me qendër në origjinë dhe me rreze 1.
Hapi 3. Kalimi në koordinata cilindrike
Përdorim formulat e kalimit nga koordinatat karteziane në koordinata cilindrike:
x = r cos φ
y = r sin φ
x² + y² = r²
dx dy = r dr dφ
Meqë zona e integrimit është rrethi me rreze 1, kufijtë janë:
0 ≤ r ≤ 1
0 ≤ φ ≤ 2π
Sipërfaqet kufizuese shprehen në trajtën r² ≤ z ≤ 2 − r²
Gjithashtu (x² + y²)^(3/2) = (r²)^(3/2) = r³
Hapi 4. Shkrimi dhe njehsimi i integralit
Duke zëvendësuar shprehjet dhe kufijtë në koordinata cilindrike, marrim:
I = ∫₀²π dφ ∫₀¹ r dr ∫ᵣ²^(2−r²) r³ dz
Meqë r³ nuk varet nga z, integrojmë fillimisht sipas z:
I = ∫₀²π dφ ∫₀¹ r⁴ [z]ᵣ²^(2−r²) dr
Zëvendësojmë kufijtë e z:
I = ∫₀²π dφ ∫₀¹ r⁴ [(2 − r²) − r²] dr
Thjeshtojmë:
I = ∫₀²π dφ ∫₀¹ r⁴(2 − 2r²) dr
I = ∫₀²π dφ ∫₀¹ (2r⁴ − 2r⁶) dr
Llogarisim integralin sipas r:
I = ∫₀²π dφ [2r⁵/5 − 2r⁷/7]₀¹
Zëvendësojmë kufijtë:
I = ∫₀²π (2/5 − 2/7) dφ
I = ∫₀²π 4/35 dφ
Tani integrojmë sipas φ:
I = (4/35)[φ]₀²π
I = (4/35) · 2π
PËRFUNDIMI
Rezultati përfundimtar është I = 8π/35