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\( \int \int ( 4 x + y ) ^ { 3 } d A , R ( 0,2 ) , ( 0,3 ) \)

Ask by Nunez Todd. in Cameroon
Feb 03,2025

Solución de tutoría real

Respuesta verificada por el tutor

Responder

The value of the double integral is 1600.5.

Solución

To evaluate the double integral \[ \iint_R (4x + y)^3 \, dA, \] where the region \( R \) is defined by \( 0 \leq x \leq 2 \) and \( 0 \leq y \leq 3 \), follow these steps: ### Step 1: Set Up the Integral The integral can be written as: \[ \int_{x=0}^{2} \int_{y=0}^{3} (4x + y)^3 \, dy \, dx \] ### Step 2: Evaluate the Inner Integral (with respect to \( y \)) \[ \int_{0}^{3} (4x + y)^3 \, dy \] Let \( u = 4x + y \). Then, \( du = dy \), and when \( y = 0 \), \( u = 4x \); when \( y = 3 \), \( u = 4x + 3 \). \[ \int_{4x}^{4x+3} u^3 \, du = \frac{u^4}{4} \Big|_{4x}^{4x+3} = \frac{(4x + 3)^4 - (4x)^4}{4} \] ### Step 3: Substitute Back into the Outer Integral \[ \int_{0}^{2} \frac{(4x + 3)^4 - (4x)^4}{4} \, dx = \frac{1}{4} \left( \int_{0}^{2} (4x + 3)^4 \, dx - \int_{0}^{2} (4x)^4 \, dx \right) \] ### Step 4: Evaluate Each Integral Separately 1. **First Integral:** Let \( u = 4x + 3 \), then \( du = 4 \, dx \), so \( dx = \frac{du}{4} \). When \( x = 0 \), \( u = 3 \); when \( x = 2 \), \( u = 11 \). \[ \int_{0}^{2} (4x + 3)^4 \, dx = \frac{1}{4} \int_{3}^{11} u^4 \, du = \frac{1}{20} \left[ u^5 \right]_{3}^{11} = \frac{11^5 - 3^5}{20} \] 2. **Second Integral:** \[ \int_{0}^{2} (4x)^4 \, dx = 4^4 \int_{0}^{2} x^4 \, dx = 256 \left[ \frac{x^5}{5} \right]_{0}^{2} = 256 \times \frac{32}{5} = \frac{8192}{5} \] ### Step 5: Combine the Results \[ \frac{1}{4} \left( \frac{11^5 - 3^5}{20} - \frac{8192}{5} \right) \] To simplify: \[ \frac{1}{4} \left( \frac{11^5 - 3^5 - 32768}{20} \right) = \frac{11^5 - 3^5 - 32768}{80} \] ### Step 6: Compute the Numerical Value Calculate \( 11^5 \), \( 3^5 \), and substitute: \[ 11^5 = 161051, \quad 3^5 = 243 \] \[ \frac{161051 - 243 - 32768}{80} = \frac{128040}{80} = 1600.5 \] ### Final Answer \[ \iint_R (4x + y)^3 \, dA = 1600.5 \] --- **Summary:** The value of the double integral is **1600.5**.

Revisado y aprobado por el equipo de tutoría de UpStudy

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To solve the double integral \( \int \int (4x + y)^3 \, dA \) over the region \( R \) defined by \( 0 \leq x \leq 2 \) and \( 0 \leq y \leq 3 \), we first determine the order of integration. We'll integrate with respect to \( y \) first, followed by \( x \): \[ \int_0^2 \int_0^3 (4x + y)^3 \, dy \, dx \] To compute the inner integral: \[ \int_0^3 (4x + y)^3 \, dy \] Using the substitution \( u = 4x + y \) gives us \( du = dy \). Changing the limits accordingly, when \( y = 0 \), \( u = 4x \) and when \( y = 3 \), \( u = 4x + 3 \). The integral becomes: \[ \int_{4x}^{4x + 3} u^3 \, du \] Calculating this: \[ \frac{u^4}{4} \bigg|_{4x}^{4x + 3} = \frac{(4x + 3)^4}{4} - \frac{(4x)^4}{4} \] Now, we need to evaluate the area as: \[ \int_0^2 \left( \frac{(4x + 3)^4 - (4x)^4}{4} \right) dx \] This integral can be simplified further and calculated, resulting in the total value of the double integral. The final expression would yield a numerical answer upon solving the polynomial.

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