Integrales iteradas con dominio semicircular

Una integral doble se puede calcular mediante integración iterada, aunque cuando el dominio no es rectangula los límites de las integrales interiores no tienen por qué ser constantes. Vamos a ver [br]un ejemplo donde el dominio de integración es un semicírculo de radio [math]r[/math] centrado en el origen y cuyo diámetro está situado en el eje [math]OX[/math]. Los bordes del semicírculo se escriben en términos de las variables [math]x[/math] e [math]y[/math] (variables de integración) como[list][list][*]el borde de la circunferencia [math]x^2+y^2=r^2[/math] con [math]-r\le x\le r[/math] (en términos de [math]x[/math]) o [math]x^2+y^2=r^2[/math] con [math]0\le y\le r[/math] si se escribe términos de [math]y[/math];[/*][*]el segmento en la recta [math]y=0[/math] con [math]-r\le x\le r[/math]. [br][/*][/list][/list]Para calcular la integral de una función sobre el semicírculo, se puede [i]barrer[/i] el semicírculo mediante segmentos horizontales de longitud variable. La longitud de cada segmento, depende de la altura a la que se encuentre. Por la elección del semicírculo que hemos hecho, cada segmento horizontal a altura [math]y_0[/math] se apoya en dos lados del semicírculo (el izquierdo y el derecho). En términos de las variables, se tiene [math]y=y_0[/math](constante) y [math]x[/math] varía entre [math]-\sqrt{r^2-y_0^2}[/math] y [math]\sqrt{r^2-y_0^{^2}}[/math] (valores que se obtienen despejando [math]x[/math] de la ecuación [math]x^2+y^2_0=r^2[/math] considerando la solución positiva y la negativa. El semicírculo se barre complentamente variando la altura [math]y=y_0[/math] de [math]0[/math] (parte inferior) a [math]r[/math] (parte superior). Es decir, la integral sobre el semicírculo, [math]D[/math], de la función [math]f\left(x,y\right)[/math] se puede escribir como:[br][br][math]\displaystyle\iint_{D}f(x,y)\,dxdy=\int_{0}^r\left(\int_{-\sqrt{r^2-y^2}}^{\sqrt{r^2-y^2}}f(x,y)\,dx\right)dy[/math].[br][br]Nótese que ambos límites de la integral interior son límites variables en la variable [math]y[/math] y los límites de la integral exterior son constantes (no dependen ni de [math]x[/math] ni de [math]y[/math]).[br][br]De manera análoga se puede barrer el semicírculo con segmentos verticales de longitud variable. Estos segmentos se apoyan inferiormente en el segmento rectilíneo y superiormente en la semicircunferencia. En términos de las variables de integración en este caso [math]x=x_0[/math] (constante) y la variable [math]y[/math] está entre [math]0[/math] y [math]\sqrt{r^2-x_0^2}[/math] donde el segundo límite se encuentra despejando la variable [math]y[/math] positiva en la ecuación de la circunferencia [math]x_0^2+y^2=r^2[/math] (con [math]x=x_0[/math]). Para barrer el semicírculo completamente la [math]x[/math] tiene que variar entre [math]-r[/math] y [math]r[/math]. En esta situación la integral doble se escribe.[br][br][math]\displaystyle\iint_{D}f(x,y)\,dxdy=\int_{-r}^{r}\left(\int_{0}^{\sqrt{r^2-x^2}}f(x,y)\,dy\right)dx[/math].[br][br]En este caso, la integral interior solo tiene un límite variable que depende de [math]x[/math], y como ha de ser, la integral exterior tiene límites constantes (que no dependen de las variables de integración).
Instrucciones:
Arriba a la derecha se ve el semicírculo, que es el dominio de integración. Abajo en azul está la gráfica de definida en ese dominio.[br][br]Arriba a la izquierda, al marcar la casilla "Integración primero con respecto a x" aparece [math]y[/math] con el valor [math]y_0[/math][br]indicado por el deslizador verde, a la derecha se ve sobre el semicírculo y el segmento horizontal rojo a esa altura y en la parte de abajo de la construcción se aprecia la gráfica de la función [math]f\left(x,y_0\right)[/math] (con [math]y=y_0[/math] constante y [math]x[/math] entre [math]-\sqrt{r^2-y^2}[/math] y [math]\sqrt{r^2-y^2}[/math]). La zona coloreada en rojo que aparece bajo la gráfica de representa la integral interior y el plano azul es el plano [math]y=y_0[/math]. Al variar [math]y[/math] con el deslizador va variando la zona coloreada y su integral. [br][br]De forma análoga, al marcar la casilla "Integración primero con respecto a y" aparece [math]x[/math] con el valor [math]x_0[/math] indicado por el deslizador rojo, a la derecha el segmento vertical en el dominio, y abajo la gráfica de la función [math]f\left(x_{0,}y\right)[/math] (con [math]x=x_0[/math] constante e [math]y[/math] entre [math]0[/math] y [math]\sqrt{r^2-x_0^2}[/math]). La zona coloreada en verde bajo la gráfica de [math]f\left(x_0,y\right)[/math] representa la integral interior y el plano azul es ahora el plano [math]x=x_0[/math]. Al variar [math]x[/math] con el deslizador va variando la zona coloreada y su integral. [br][br]La función [math]f[/math], se puede introducir en las casillas de entrada y el radio del semicírculo se puede cambiar con el deslizador azul.

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