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陰的に定義された領域上の積分

Wolfram Mathematica 6の新機能をご覧ください

不等式や区分関数で定義された領域が,Mathematica で記号的あるいは数値的に積分できるようになりました.これはWolfram Researchが開発したユニークな機能です.多変数不等式の任意の論理結合や多くの超越不等式で陰的に定義された領域は,関数IntegrateNIntegrateで自動的に操作されます.

以下のような場合が含まれます.

  • 多変数不等式によって定義された領域
  • 超越領域上で可解の問題
  • 無限領域を含む積分可能領域
  • 領域指定における未定義のパラメータ(すべての可能な値に対して解が生成される)




詳細    

例:単位円板上の積分

これは,記号積分を使って単位円板の面積を計算します.Booleは,不等式をブール式に変換する新しい関数です.

In[1]:=

Out[1]:=


x2+ y2 < 1によって表される領域

以下は,同じ領域を数値解法を使って計算したものですが,記号積分のときと同様の記号変換メソッドを使用しています.

In[2]:=NIntegrate[Boole[x^2 + y^2<1], {x, -∞, ∞}, {y, -∞, ∞}]

Out[2]:=3.14159



例:不等式の結合における積分

どのような不等式の論理結合の領域上の関数を積分することもできます.

In[3]:=∫_(-∞)^∞∫_ (-∞)^∞ (y^4 + x^2) Boole[x^2 + y^2<1∧x<y] yx

Out[3]:=(3 π)/16



例:パラメータ化された不等式上の積分

領域記述に未定義のパラメータがある場合は,すべての可能な値に対しての結果が計算されます.

In[4]:=∫_(-1)^1∫_ (-1)^1Boole[a x^2 + y^2<1] yx

Out[4]:=

上で記号的な結果を使うと,パラメータa の異なる値についての領域とその面積がプロットされます.

領域の表現表現された領域の面積



例:区間の無限集合上の積分

メソッドは,多項の不等式によって記述されるすべての領域に使えますが,超越不等式で記述される可解の領域の多くにも使用できます.

この場合は,区間の無限集合上で積分が行われます.

In[5]:=∫_(-∞)^∞Boole[1/2<sin(x) <2/3]/x^2x

Out[5]:=(ψ^(0)(tan^(-1)(2/5^(1/2))/(2 π)) + ψ^(0)(tan^(-1)(2/5^(1/2))/(2 π) + 1/2) ... 0)(1/2 - tan^(-1)(2/5^(1/2))/(2 π)) + 2 3^(1/2) π)/((-1 + 3^(1/2)) (1 + 3^(1/2)) π)


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