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गणित · शब्दावली

प्रारंभिक प्रांत क्या है?

अन्य नाम: क्षेत्रफल समतल प्रांत का

परिभाषा 20.11 विश्वविद्यालय गणित — स्नातक वर्ष 2 · अध्याय 20 — रेखा समाकल और बहुक समाकल

कोई प्रांत DR2D \subseteq \R^2 yy-प्रारंभिक है यदि

D={(x,y):axb, φ1(x)yφ2(x)}D = \{(x, y) : a \leq x \leq b,\ \varphi_1(x) \leq y \leq \varphi_2(x)\}

हो, जहाँ φ1φ2\varphi_1 \leq \varphi_2 [a,b][a,b] पर संतत हैं (xx-प्रारंभिक: सममित रूप से)। किसी yy-प्रारंभिक DD पर संतत ff के लिए

Df=ab(φ1(x)φ2(x)f(x,y) ⁣dy) ⁣dx,\iint_D f = \int_a^b\Bigl( \int_{\varphi_1(x)}^{\varphi_2(x)} f(x,y)\,\dd y\Bigr)\dd x ,

और यह जाँचा जाता है (किसी सन्निकटन तर्क से ff का विस्तार करके, या उपविभाजन करके) कि जब DD दोनों दिशाओं में प्रारंभिक हो तब दोनों पुनरावृत्त समाकल मेल खाते हैं। परिमित रूप से कई प्रारंभिक टुकड़ों में कटे प्रांत योज्यता से साधे जाते हैं, और DD का क्षेत्रफल Area(D)=D1\operatorname {Area}(D) = \iint_D 1 है।

उदाहरण

उदाहरण 20.12

त्रिभुज D={0x1, 0yx}D = \{0 \leq x \leq 1,\ 0 \leq y \leq x\} पर:

Dxy ⁣dx ⁣dy=01x(0xy ⁣dy) ⁣dx=01xx22 ⁣dx=18.\iint_D xy \,\dd x\,\dd y = \int_0^1 x\Bigl(\int_0^x y\,\dd y\Bigr)\dd x = \int_0^1 x\cdot\frac{x^2}{2}\,\dd x = \frac18 .

क्रम बदलने पर (xx yy से 11 तक): 01y(y1x ⁣dx) ⁣dy=01y1y22 ⁣dy=18\int_0^1 y\bigl(\int_y^1 x\,\dd x\bigr)\dd y = \int_0^1 y\,\frac{1 - y^2}{2}\,\dd y = \frac18 — वही मान, दूसरा परिकलन: समाकलन का क्रम ठीक चुनना आधी कारीगरी है।

उदाहरण 20.13 (जब केवल एक ही क्रम चलता है)

I=01 ⁣ ⁣x1ey2 ⁣dy ⁣dxI = \displaystyle\int_0^1\!\!\int_x^1 \eu^{y^2}\,\dd y\,\dd x परिकलित कीजिए। जैसा लिखा है, भीतरी समाकल ey2 ⁣dy\int\eu^{y^2}\dd y का कोई प्रारंभिक प्रतिअवकलज नहीं है: परिकलन अटक जाता है। पर प्रांत त्रिभुज 0xy10 \leq x \leq y \leq 1 है, जो दोनों दिशाओं में प्रारंभिक है; क्रम बदलने पर,

I=01 ⁣ ⁣0yey2 ⁣dx ⁣dy=01yey2 ⁣dy=[12ey2]01=e12.I = \int_0^1\!\!\int_0^y \eu^{y^2}\,\dd x\,\dd y = \int_0^1 y\,\eu^{y^2}\,\dd y = \Bigl[\tfrac12\eu^{y^2}\Bigr]_0^1 = \frac{\eu - 1}{2} .

भीतरी चर xx समाकल्य में कहीं आया ही नहीं, अतः उसका पहले समाकलन ठीक वही गुणक yy दे देता है जो बाहरी समाकल को तत्काल बना देता है। सार: फ़ूबिनी केवल पुनरावृत्ति की अनुमति नहीं है — वह चुनने की अनुमति है, और सही क्रम किसी असंभव समाकल को एक पंक्ति में बदल सकता है। आरंभ करने से पहले प्रांत का चित्र सदा खींचिए और दोनों वर्णन पढ़ लीजिए।

उदाहरण 20.18 (आनत चर-परिवर्तन)

MM प्रतिलोमनीय होने पर किसी आनत प्रतिचित्रण Φ(u,v)=M(u,v)T+C\Phi(u, v) = M(u, v)^{\mathsf T} + C के लिए याकोबी अचर आव्यूह MM है: क्षेत्रफल अचर गुणक detM\abs{\det M} से गुणित हो जाते हैं — अध्याय 17 में किया गया वादा अब प्रमेय है। दो तात्कालिक उपयोग। दीर्घवृत्त x2a2+y2b21\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} \leq 1 (u,v)(au,bv)(u, v) \mapsto (au, bv) के अंतर्गत इकाई चक्रिका का प्रतिबिंब है, अतः उसका क्षेत्रफल abπab \cdot \pi है — बिना किसी परिकलन के। और वर्ग K=[0,1]2K = \intcc01^2 पर f(x+y)f(x + y) के समाकल के लिए अपरूपण Φ(u,v)=(uv,v)\Phi(u, v) = (u - v, v) (सारणिक 11) उसे किसी समांतर चतुर्भुज पर f(u)f(u) के समाकल में बदल देता है, जिसे फ़ूबिनी अचर uu पर काटता है: f=expf = \exp के साथ,

Kex+y ⁣dx ⁣dy=(01ex ⁣dx)2=(e1)2,\iint_K \eu^{x+y}\,\dd x\,\dd y = \Bigl(\int_0^1 \eu^x\,\dd x\Bigr)^2 = (\eu - 1)^2,

जैसा गुणनफल संरचना पुष्ट करती है। समाकल्य के अनुकूल निर्देशांक चुनना — प्रांत के अनुकूल नहीं — कारीगरी का दूसरा आधा भाग है।

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