Zgjidhja
1. Përcaktimi i zonës së integrimit
Trupi T kufizohet nga cilindri x² + y² = 9, nga poshtë nga rrafshi z = 0 dhe nga sipër nga rrafshi z = 5.
Projeksioni i trupit në rrafshin Oxy është rrethi D: x² + y² ≤ 9
Për rrjedhojë, ndryshorja z merr vlerat 0 ≤ z ≤ 5
Prandaj, integrali trefish shkruhet:
I = ∬ᴰ dx dy ∫₀⁵ e^(x² + y²) dz
Meqë funksioni e^(x² + y²) nuk varet nga z, marrim I = 5 ∬ᴰ e^(x² + y²) dx dy
2. Shprehja e zonës në koordinata karteziane
Rrethi x² + y² = 9 ka qendër në origjinë dhe rreze 3.
Në koordinata karteziane, zona D përshkruhet me kufijtë:
−3 ≤ x ≤ 3
−√(9 − x²) ≤ y ≤ √(9 − x²)
Kështu I = 5 ∫₋₃³ dx ∫₋√(9−x²)^√(9−x²) e^(x² + y²) dy
Ky integral është i vështirë për t’u llogaritur drejtpërdrejt. Prandaj përdorim koordinatat polare.
3. Kalimi në koordinata polare
Përdorim zëvendësimet:
x = r cos φ
y = r sin φ
x² + y² = r²
Elementi i sipërfaqes shndërrohet në dx dy = r dr dφ
Meqë zona D është rreth me rreze 3, kufijtë në koordinata polare janë:
0 ≤ r ≤ 3
0 ≤ φ ≤ 2π
Prandaj I = 5 ∫₀²π dφ ∫₀³ e^(r²) r dr
4. Llogaritja e integralit
Fillimisht llogarisim integralin sipas r:
∫₀³ e^(r²) r dr
Përdorim zëvendësimin:
u = r²
du = 2r dr
r dr = du/2
Kur r = 0, u = 0.
Kur r = 3, u = 9.
Prandaj ∫₀³ e^(r²) r dr = 1/2 ∫₀⁹ eᵘ du
Duke integruar = 1/2 [eᵘ]₀⁹
= 1/2(e⁹ − 1)
Tani zëvendësojmë në integralin fillestar I = 5 ∫₀²π dφ · 1/2(e⁹ − 1)
Meqë ∫₀²π dφ = 2π
marrim I = 5 · 2π · 1/2(e⁹ − 1)
Përgjigjja përfundimtare
I = 5π(e⁹ − 1)