Evaluate ∬ D ( x + y ) − 1 2 d A \iint _D\left(x+y\right)^{-\frac{1}{2}}dA ∬ D ( x + y ) − 2 1 d A : over the region 𝑥 − 2𝑦 ≤ 1 and 𝑥 ≥ 𝑦2 + 1
Solution:
{ x − 2 y = 1 x = y 2 + 1 \begin{cases}
x-2y=1 \\
x=y^2+1
\end{cases} { x − 2 y = 1 x = y 2 + 1 { x = 2 y + 1 x = y 2 + 1 \begin{cases}
x=2y+1 \\
x=y^2+1
\end{cases} { x = 2 y + 1 x = y 2 + 1 { x = 1 y = 0 x = 5 y = 2 \begin{cases}
x=1 & y=0 \\
x=5 & y=2
\end{cases} { x = 1 x = 5 y = 0 y = 2
Region:
∬ D ( x + y ) − 1 2 d A = ∫ 0 2 d y ∫ y 2 + 1 2 y + 1 1 x + y d x = \iint _D\left(x+y\right)^{-\frac{1}{2}}dA=\int_0^2dy\int_{y^2+1}^{2y+1}\frac{1}{\sqrt{x+y}}dx= ∬ D ( x + y ) − 2 1 d A = ∫ 0 2 d y ∫ y 2 + 1 2 y + 1 x + y 1 d x =
2 ∫ 0 2 ( 3 y + 1 − y 2 + y + 1 ) d y = 2\int_0^2(\sqrt{3y+1}-\sqrt{y^2+y+1})dy= 2 ∫ 0 2 ( 3 y + 1 − y 2 + y + 1 ) d y =
2 ∫ 0 2 ( 3 y + 1 − ( y + 1 2 ) 2 + 3 4 ) d y = 2\int_0^2(\sqrt{3y+1}-\sqrt{(y+\frac12)^2+\frac34})dy= 2 ∫ 0 2 ( 3 y + 1 − ( y + 2 1 ) 2 + 4 3 ) d y =
( 4 9 ( 3 y + 1 ) 3 2 − ( y + 1 2 ) ( y + 1 2 ) 2 + 3 4 − 3 4 ln ( y + 1 2 + ( y + 1 2 ) 2 + 3 4 ) ) ∣ 0 2 ≈ \left(\frac49(3y+1)^{\frac32}-(y+\frac12)\sqrt{(y+\frac12)^2+\frac34}-\frac 34\ln{(y+\frac12+\sqrt{(y+\frac12)^2+\frac34})}\right)|_0^2\approx ( 9 4 ( 3 y + 1 ) 2 3 − ( y + 2 1 ) ( y + 2 1 ) 2 + 4 3 − 4 3 ln ( y + 2 1 + ( y + 2 1 ) 2 + 4 3 ) ) ∣ 0 2 ≈
0.747874.
Answer: ∬ D ( x + y ) − 1 2 d A ≈ 0.747874 \iint _D\left(x+y\right)^{-\frac{1}{2}}dA\approx0.747874 ∬ D ( x + y ) − 2 1 d A ≈ 0.747874 .
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