Gegeben sei die Funktion f: \mathbb R^2 \to \mathbb R mit
f(x,y) = \dfrac1{\sqrt{x^2 + y^2}}.
Berechnen Sie das Integral \displaystyle \int \int_{{\color{orange}D}} f(x,y) dA.
Dabei ist \color{orange}D \subset \mathbb R^2 das Gebiet
{\orange{D}} = \left\{ (x,y) \, | \, X*X \leq x^2 + y^2 \leq Y*Y \right\}.
\displaystyle \int \int_{{\color{orange}D}} f(x,y) dA =
2*Y-2*X\pi
Hier bieten sich Polarkoordinaten an. Es ist \color{orange}D \subset \mathbb R^2 ein Kreisring
mit inneren Radius \rho_i = X und äusserem Radius \rho_a = Y.
Mit x = r \cos(\varphi), y = r \sin(\varphi) berechnet sich das Integral durch
\displaystyle \int\int_{\orange{D}} f(x,y) dA =
\int_{0}^{2 \pi} \int_{X}^{Y} f (r, \varphi) \boxed{r}\; dr d\varphi.
Es ist hier f(x,y) = \dfrac1{\sqrt{x^2 + y^2}}= \dfrac 1{\sqrt{(r \cos(\varphi))^2 + (r \sin(\varphi))^2}}.
Mit Pythagoras und \cos(\varphi)^2 + \sin(\varphi)^2 =1 wird \color{blue}f (r, \varphi) = \dfrac1{r},
da r > 0.
Eingesetzt rechnen wir
\displaystyle \int\int_{\orange{D}} f(x,y) dA =
\int_{0}^{2 \pi} \int_{X}^{Y}{\color{blue} f (r, \varphi)} \boxed{r}\; dr d\varphi
= \int_{0}^{2 \pi} \int_{X}^{Y} 1 \; dr d\varphi = 2\pi(Y -X)
= 2*Y-2*X\pi.