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Aufgabe 11. Es sei U ⊂ R

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Academic year: 2021

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Aufgabe 11. Es sei U ⊂ R

2

mit

U := {(x, y) ∈ R

2

: x

2

− xy + y

2

≤ 2}.

Bestimmen Sie

Z

U

(x

2

− xy + y

2

)dxdy

mit Hilfe des Transformationssatzes, indem Sie folgende Transformationen nutzen

x = √

2u − q

2

3

v und y = √ 2u +

q

2 3

v.

Wir setzen

f (x, y ) := x

2

− xy + y

2

und erhalten mit obigen Transformationen

f √

2u − q

2

3

v, √ 2u +

q

2 3

v

= 2u

2

+ 2v

2

.

Aus

x

2

− xy + y

2

≤ 2 erhalten wir

u

2

+ v

2

≤ 1.

Wir setzen

U

0

:= {(u, v) ∈ R

2

: u

2

+ v

2

≤ 1}.

Die dazugeh¨ orige Funktionaldeterminante ist

∂(x, y)

∂(u, v)

=

√ 2 − q

2

3

2 q

2

3

= 4

√ 3 .

Mit dem Transformationssatz folgt Z

U

(x

2

− xy + y

2

)dxdy = Z

U0

2(u

2

+ v

2

) 4

√ 3 dudv.

Zur Evaluation des Integrals auf der rechten Seite bietet es sich in Polarkoordina- ten zu wechseln (also u = r cos θ und v = r sin θ mit 0 ≤ r ≤ 1 und 0 ≤ θ ≤ 2π).

Die Funktionaldeterminante bei einem Wechsel zu Polarkoordinaten ist bekann- termaßen r. Wir haben also (mit erneuter Anwendung des Transformationssatzes)

Z

U0

2(u

2

+ v

2

) 4

√ 3 dudv = 8

√ 3 Z

0

Z

1 0

r

2

rdrdθ = 8

√ 3 Z

0

h

r4 4

i

1

0

dθ = 4π

√ 3 .

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