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Aufgabe:

Sei D={(x,y)∈ℝ | x2+y2≤1} .

Berechne \( \int\limits_{D}^{} \) |x| + |y| dxdy


Problem/Ansatz:

Um die Innere Grenze zu bestimmen, stelle ich die Nebenbedingung nach x um und erhalte x = \( \sqrt{1-y^2} \) . Muss man wegen dem Betrag nun statt die Grenzen des inneren Integrals von - \( \sqrt{1-y^2} \) bis + \( \sqrt{1-y^2} \) zu berechen, den Betrag weglassen und das Integral 0 bis + \( \sqrt{1-y^2} \) berechnen und mal 2 nehmen?

Und bei y dann genauso? Also dann beim äußeren Integral nicht von -1 bis 1, sondern von 0 bis 1 und das Ergebnis mal 2?


Danke schonmal <3

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Tipp: Es wird über den Einheitskreis D integriert.

1 Antwort

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Aloha :)

Setze \(f(x,y)=|x|+|y|\) und betrachte die Symmetrie$$f(\pm x,\pm y)=|\pm x|+|\pm y|=|x|+|y|=f(x,y)$$Du brauchst zur Berechnung des Integrals also nur den Fall \(x,y\ge0\) zu betrachten und das Ergebnis mit 4 zu multiplizieren:

$$I=\int\limits_{x^2+y^2\le1}\left(|x|+|y|\right)\,df=4\!\!\!\int\limits_{\stackrel{x^2+y^2\le1}{x,y\ge0}}\left(x+y\right)\,df$$Wegen \(x^2+y^2\le1\) und \(x,y\ge0\) muss bei fest gewähltem \(x\in[0|1]\) unser \(y\in[0|\sqrt{1-x^2}]\) liegen. Weil wir zuerst \(x\) wählen, ist die Obergrenze von \(y\) noch von \(x\) abhängig. Bei der Integration müssen wir also zuerst über \(y\) für das festgehaltene \(x\) und anschließend über \(x\) integrieren:

$$I=4\int\limits_0^1dx\int\limits_0^{\sqrt{1-x^2}}\left(x+y\right)dy=4\int\limits_0^1dx\left[xy+\frac{y^2}{2}\right]_{y=0}^{\sqrt{1-x^2}}$$$$\phantom{I}=4\int\limits_0^1\left(x\sqrt{1-x^2}+\frac{1-x^2}{2}\right)dx=4\left[-\frac{1}{3}\left(1-x^2\right)^{3/2}+\frac{x}{2}-\frac{x^3}{6}\right]_0^1$$$$\phantom{I}=4\left[\left(0+\frac{1}{2}-\frac{1}{6}\right)-\left(-\frac{1}{3}+0+0\right)\right]=4\left(\frac{1}{3}+\frac{1}{3}\right)=\frac{8}{3}$$Alternativ könntest du für die Integration auch zu Polarkoordinaten wechseln. Ich weiß aber nicht, ob ihr das schon besprochen habt.

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