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Cálculo multivariável

Exercícios de integrais duplas resolvidos, com respostas

12 exercícios de integrais duplas com respostas: integrais iteradas, regiões gerais, inversão da ordem, coordenadas polares, volume e valor médio.

Cálculo multivariável Atualizado 3 min de leitura

Visão geral

\iint_R f(x, y)\,dA = \int_a^b\!\int_{g_1(x)}^{g_2(x)} f(x, y)\,dy\,dx
Exercícios
12, com respostas e resoluções completas
Nível
Cálculo 3
Ideia principal
Integre primeiro a variável de dentro, tratando a variável de fora como constante, e depois integre de novo
Pratique com novos números
Lição de integrais iteradas
Nesta página
  1. Exercícios
  2. Respostas
  3. Resolução passo a passo
  4. Erros comuns nestes exercícios
  5. Continue praticando

Estes exercícios de integrais duplas começam com retângulos e avançam para regiões gerais, inversão da ordem de integração, coordenadas polares, volume e valor médio. Tente cada um primeiro. As respostas vêm antes, depois as resoluções completas.

A montagem para uma região entre duas curvas:

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

Calcule primeiro a integral de dentro, tratando x como constante. Para saber mais sobre regiões e ordem de integração, leia o guia de integrais duplas.

Exercícios

Retângulos

  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

Regiões gerais

  1. \displaystyle\int_0^1\!\int_0^x xy\,dy\,dx
  2. \displaystyle\iint_R x\,dA, em que R é a região entre y = x^2 e y = x
  3. Encontre a área entre y = x^2 e y = 4 com uma integral dupla.

Inverta a ordem

  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, D o disco unitário
  2. \displaystyle\iint_D e^{-(x^2 + y^2)}\,dA, D o disco x^2 + y^2 \le 4
  3. Encontre o volume sob z = 4 - x^2 - y^2 e acima do plano xy.

Valor médio

  1. Encontre o valor médio de f(x, y) = xy no quadrado [0, 2]\times[0, 2].

Respostas

Exercício Resposta
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

Resolução passo a passo

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

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

2. Em um retângulo, um produto g(x)h(y) se separa em duas integrais simples:

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

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

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

5. As curvas se encontram em x = 0 e x = 1, com y = x em cima:

\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. Com f = 1, a integral dupla é a 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} não tem antiderivada elementar, então inverta a ordem. A região é 0 \le y \le x \le 1, um triângulo. Na outra ordem, x vai 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. A região é 0 \le x \le y \le 1. Inverta para que y fique por fora:

\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. Em coordenadas polares, x^2 + y^2 = r^2 e 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. Com 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. A superfície encontra o plano onde r = 2. Em coordenadas 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. A área do quadrado é 4, então o valor médio é \frac{4}{4} = 1.

Erros comuns nestes exercícios

  • Limites de fora com variáveis. Depois das duas integrais, a resposta precisa ser um número. Se sobrar um x, os limites estão na ordem errada.
  • Inverter a ordem sem redesenhar a região. No exercício 7, trocar os sinais de integral e manter os limites está errado. Esboce a região e leia os novos limites a partir dela.
  • Esquecer o r em coordenadas polares. O exercício 9 sem o r extra dá \frac{2\pi}{3} em vez de \frac{\pi}{2}.
  • Tratar a variável de fora como se variasse. Na integral de dentro do exercício 4, x é constante, então \int_0^x xy\,dy = \frac{x^3}{2}.

Continue praticando

Para exercícios ilimitados com correção imediata, experimente a lição de integrais iteradas, a lição de inversão da ordem, a lição de regiões gerais e a lição de integrais duplas em coordenadas polares.

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Integrais duplas sobre retângulos

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Perguntas frequentes

Como saber em que ordem integrar?

Em um retângulo com funções simples, qualquer ordem serve. Em outras regiões, escolha a ordem que dá limites mais simples, ou aquela em que a integral de dentro pode de fato ser calculada. Os exercícios 7 e 8 só saem depois de inverter a ordem.

Por que aparece um r a mais nas integrais duplas em coordenadas polares?

Uma pequena região polar é quase um retângulo de lados dr e r\,d\theta, então a sua área é r\,dr\,d\theta. Esquecer o r é o erro mais comum com coordenadas polares.

O que uma integral dupla representa?

Se f \ge 0, ela é o volume sob a superfície z = f(x, y) acima da região. Com f = 1, ela é a área da região. Dividida pela área, ela é o valor médio de f.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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