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Aufgabe:

Welche Reihenfolge muss man bei Mehrfach-Integralen einhalten?

Folgendes Integral soll ausgerechnet werden

Sei \( K:=\left\{(x, y, z)^{T} \in \mathbb{R}^{3}: x^{2}+y^{2}+z^{2} \leq 1, z \geq 0\right\} \).

Berechnen Sie

\( \int \limits_{K}\left(y^{2}-x^{2}\right) d(x, y, z) \)



Problem/Ansatz:

Man verwendet Kugelkoordinaten dafür, aber mir ist die Reihenfolge nicht ganz ersichtlich

\( \Phi:\left\{\begin{array}{l}\mathbb{R}^{+} \times[0,2 \pi] \times\left[0, \frac{\pi}{2}\right] \rightarrow \mathbb{R}^{3} \\ \left(\begin{array}{l}r \\ \phi \\ \theta\end{array}\right) \mapsto\left(\begin{array}{c}r \cos \phi \cos \theta \\ r \sin \phi \cos \theta \\ r \sin \theta\end{array}\right)\end{array}\right. \)


\( \int \limits_{K}\left(y^{2}-x^{2}\right) d(x, y, z)= \)

\( \int \limits_{0}^{1} \int \limits_{0}^{\frac{\pi}{2}} \int \limits_{0}^{2 \pi} r^{2}\left(\sin ^{2} \varphi-\cos ^{2} \varphi\right) \cos ^{2} \theta \cdot r^{2} \cos \theta d \varphi d \theta d r \)

Kann mir jemand erklären, wie man auf die Reihenfolge kommt? Ich verstehe generell nicht, welche Reihenfolge man einhalten muss bei Mehrfach-Integralen. Könnte man theoretisch die Reihenfolge beliebig vertauschen?

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2 Antworten

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Beste Antwort

Aloha :)

In diesem Fall hier ist die Reihenfolge, in der du integrierst, frei wählbar. Du musst die Reihenfolge immer dann beachten, wenn eine Integrationsgrenze einer Variablen von einer anderen Variablen abhängt.

Ich mache dazu am besten mal ein Beispiel. Wir wollen die Fläche der Punktmenge$$M=\{(x;y)\in\mathbb R^2\,\big|\,0\le x\le 1\;\land\;0\le y\le x\}$$betimmen. Dazu machen wir uns zuerst klar, was diese Punktmenge eigentlich bedeutet.

1) Wir können offenbar ein \(x\) zwischen \(0\) und \(1\) frei wählen.

2) Haben wir dieses \(x\) beliebig, aber fest gewählt, können wir \(y\) zwischen \(0\) und \(x\) wählen.

Bei der Flächenberechnung der Punktmenge mit dem Integral$$F=\int\limits_{x=0}^1\;\,\int\limits_{y=0}^xdx\,dy$$ musst du diese Reihenfolge quasi umkehren. Zuerst wird bei festgehaltenem \(x\) über \(dy\) integriert, erst danach wird über \(dx\) integriert:$$F=\int\limits_{x=0}^1\left[y\right]_{y=0}^x\,dx=\int\limits_0^1x\,dx=\left[\frac{x^2}{2}\right]_0^1=1$$

Avatar von 152 k 🚀

Vielen Dank für das Beispiel

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Hlallo

da alle Grenzen feste Ahlen sind also von keinem der Variablen abhängen ist die Reihenfolge der Integration völlig egal. (du kannst es ja ausprobieren indem du es auf 2 Weisen rechnest.

Wenn die Grenzen von r etwa von phi abhingen, musst du zuerst nach r integrieren.

Du hast ja ein Volumen das du in 3 Richtungen zerschneidest und dann all die kleinen Würfelchen addierst. Wie du die dann n Stapel packst um sie zu addieren ist egal.

lul

Avatar von 108 k 🚀

Alles klar, habs denke ich verstanden. Danke!

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