【微分積分】8-1-3 積分順序の変更|要点まとめ

このページでは、大学数学で重要な「積分順序の変更」について解説します。縦線集合・横線集合による積分領域の把握方法から、累次積分の順序を書き換える基本手順までをまとめています。直接積分するのが難しい2重積分を計算するための重要テクニックを、詳細な例題・解答付きで学べます。

積分順序の変更

【積分順序の変更】
関数\(f(x,y)\)が積分領域\(D\)上で連続し、
\(D=\{(x,y)|a\leqq x\leqq b,\varphi_1(x)\leqq y\leqq \varphi_2(x)\}\)
\(\ \ \ =\{(x,y)|c\leqq x\leqq d,\varphi_1(y)\leqq x\leqq \varphi_2(y)\}\)
のように\(x\)方向と\(y\)方向でともに縦線集合の場合には
\(\displaystyle \iint_Df(x,y)dxdy\)
\(\displaystyle \ \ \ =\int_a^b\left(\int_{\varphi_1(x)}^{\varphi_2(x)}f(x,y)dy\right)dx\)
\(\displaystyle \ \ \ =\int_c^d\left(\int_{\varphi_1(y)}^{\varphi_2(y)}f(x,y)dx\right)dy\)
が成り立つ。この2つの累次積分の一方から他方への書き換えを積分順序の変更という。

【例題】次の2重積分を求めなさい。

(1)\(\displaystyle \int_0^1\left(\int_x^1e^{y^2}dy\right)dx\)
(2)\(\displaystyle \int_0^1\left(\int_\sqrt{y}^1e^{x^3}dx\right)dy\)
(3)\(\displaystyle \int_1^\sqrt{2}\left(\int_{x^2}^2\frac{1}{y^2}e^{\frac{x}{\sqrt{y}}}dy\right)dx\)
(4)\(\displaystyle \int_0^1\left(\int_0^\sqrt{1-x^2}(1-y^2)^\frac{3}{2}dy\right)dx\)
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