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Cálculo multivariable

Ejercicios de integrales dobles resueltos con respuestas

12 ejercicios de integrales dobles con respuestas: integrales iteradas, regiones generales, cambio de orden, coordenadas polares, volumen y valor medio.

Cálculo multivariable Actualizado 3 min de lectura

De un vistazo

\iint_R f(x, y)\,dA = \int_a^b\!\int_{g_1(x)}^{g_2(x)} f(x, y)\,dy\,dx
Ejercicios
12, con respuestas y soluciones completas
Nivel
Cálculo 3
Idea principal
Integra primero la variable interior, tratando la variable exterior como constante, y después integra otra vez
Practica con números nuevos
Lección de integrales iteradas
En esta página
  1. Ejercicios
  2. Respuestas
  3. Soluciones paso a paso
  4. Errores comunes en estos ejercicios
  5. Sigue practicando

Estos ejercicios de integrales dobles empiezan con rectángulos y pasan a regiones generales, el cambio del orden de integración, las coordenadas polares, el volumen y el valor medio. Intenta cada uno primero. Las respuestas van primero y después las soluciones completas.

El planteamiento para una región entre dos curvas:

\iint_R f(x, y)\,dA = \int_a^b\left(\int_{g_1(x)}^{g_2(x)} f(x, y)\,dy\right)dx

Calcula primero la integral interior, tratando x como una constante. Para saber más sobre regiones y orden, lee la guía de integrales dobles.

Ejercicios

Rectángulos

  1. \displaystyle\int_0^2\!\int_0^1(x + y)\,dy\,dx
  2. \displaystyle\iint_R 6xy^2\,dA, R = [0, 2]\times[0, 1]
  3. \displaystyle\int_0^{\pi}\!\int_0^1 y\sin x\,dy\,dx

Regiones generales

  1. \displaystyle\int_0^1\!\int_0^x xy\,dy\,dx
  2. \displaystyle\iint_R x\,dA, donde R es la región entre y = x^2 e y = x
  3. Halla el área entre y = x^2 e y = 4 con una integral doble.

Cambia el orden

  1. \displaystyle\int_0^1\!\int_y^1 e^{x^2}\,dx\,dy
  2. \displaystyle\int_0^1\!\int_x^1\sin(y^2)\,dy\,dx

Coordenadas polares

  1. \displaystyle\iint_D(x^2 + y^2)\,dA, con D el disco unidad
  2. \displaystyle\iint_D e^{-(x^2 + y^2)}\,dA, con D el disco x^2 + y^2 \le 4
  3. Halla el volumen bajo z = 4 - x^2 - y^2 y sobre el plano xy.

Valor medio

  1. Halla el valor medio de f(x, y) = xy en el cuadrado [0, 2]\times[0, 2].

Respuestas

Ejercicio Respuesta
1 3
2 4
3 1
4 \frac{1}{8}
5 \frac{1}{12}
6 \frac{32}{3}
7 \frac{e - 1}{2} \approx 0.859
8 \frac{1 - \cos 1}{2} \approx 0.230
9 \frac{\pi}{2}
10 \pi\left(1 - e^{-4}\right) \approx 3.084
11 8\pi
12 1

Soluciones paso a paso

1. Interior: \int_0^1(x + y)\,dy = x + \frac{1}{2}. Exterior:

\int_0^2\left(x + \frac{1}{2}\right)dx = 2 + 1 = 3

2. En un rectángulo, un producto g(x)h(y) se separa en dos integrales simples:

\int_0^2 6x\,dx\cdot\int_0^1 y^2\,dy = 12\cdot\frac{1}{3} = 4

3. Separa de nuevo: \int_0^{\pi}\sin x\,dx\cdot\int_0^1 y\,dy = 2\cdot\frac{1}{2} = 1.

4. Interior: \int_0^x xy\,dy = x\cdot\frac{x^2}{2} = \frac{x^3}{2}. Exterior: \int_0^1\frac{x^3}{2}\,dx = \frac{1}{8}.

5. Las curvas se cortan en x = 0 y x = 1, con y = x arriba:

\int_0^1\!\int_{x^2}^{x}x\,dy\,dx = \int_0^1 x(x - x^2)\,dx = \frac{1}{3} - \frac{1}{4} = \frac{1}{12}

6. Con f = 1, la integral doble es el área:

\int_{-2}^{2}\!\int_{x^2}^{4}1\,dy\,dx = \int_{-2}^{2}(4 - x^2)\,dx = \frac{32}{3}

7. e^{x^2} no tiene antiderivada elemental, así que cambia el orden. La región es 0 \le y \le x \le 1, un triángulo. En el otro orden, x va de 0 a 1 e y de 0 a x:

\int_0^1\!\int_0^x e^{x^2}\,dy\,dx = \int_0^1 x\,e^{x^2}\,dx = \frac{e - 1}{2}

8. La región es 0 \le x \le y \le 1. Cambia el orden para que y quede fuera:

\int_0^1\!\int_0^y\sin(y^2)\,dx\,dy = \int_0^1 y\sin(y^2)\,dy = \left[-\frac{\cos(y^2)}{2}\right]_0^1 = \frac{1 - \cos 1}{2}

9. En polares, x^2 + y^2 = r^2 y dA = r\,dr\,d\theta:

\int_0^{2\pi}\!\int_0^1 r^2\cdot r\,dr\,d\theta = 2\pi\cdot\frac{1}{4} = \frac{\pi}{2}

10. Con u = r^2:

\int_0^{2\pi}\!\int_0^2 e^{-r^2}r\,dr\,d\theta = 2\pi\cdot\frac{1}{2}\left(1 - e^{-4}\right) = \pi\left(1 - e^{-4}\right)

11. La superficie corta al plano donde r = 2. En polares:

\int_0^{2\pi}\!\int_0^2(4 - r^2)\,r\,dr\,d\theta = 2\pi\left[2r^2 - \frac{r^4}{4}\right]_0^2 = 2\pi(8 - 4) = 8\pi

12. \iint xy\,dA = \int_0^2 x\,dx\cdot\int_0^2 y\,dy = 2\cdot 2 = 4. El área del cuadrado es 4, así que el valor medio es \frac{4}{4} = 1.

Errores comunes en estos ejercicios

  • Límites exteriores con variables. Después de las dos integrales, la respuesta debe ser un número. Si sobra una x, los límites están en el orden equivocado.
  • Cambiar el orden sin volver a dibujar. En el ejercicio 7, intercambiar los signos de integral y mantener los límites es incorrecto. Dibuja la región y lee los nuevos límites en ella.
  • Olvidar la r en polares. El ejercicio 9 sin la r extra da \frac{2\pi}{3} en lugar de \frac{\pi}{2}.
  • Tratar la variable exterior como si cambiara. En la integral interior del ejercicio 4, x es una constante, así que \int_0^x xy\,dy = \frac{x^3}{2}.

Sigue practicando

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Preguntas frecuentes

¿Cómo se sabe en qué orden integrar?

En un rectángulo con funciones sencillas, cualquier orden sirve. Para otras regiones, elige el orden que dé límites más simples, o aquel en el que la integral interior se pueda calcular de verdad. Los ejercicios 7 y 8 solo se pueden hacer después de cambiar el orden.

¿Por qué aparece una r extra en las integrales dobles en polares?

Una región polar pequeña es casi un rectángulo de lados dr y r\,d\theta, así que su área es r\,dr\,d\theta. Olvidar la r es el error más común en polares.

¿Qué representa una integral doble?

Si f \ge 0, es el volumen bajo la superficie z = f(x, y) sobre la región. Con f = 1, es el área de la región. Dividida entre el área, es el valor medio de f.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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