Integrais Duplas

Cálculo multivariável a partir dos primeiros princípios

Uma integral simples mede a área sob uma curva. A integral dupla mede o volume sob uma superfície. Cobre uma região do plano com pequenos ladrilhos, multiplica a área de cada ladrilho pela altura da superfície acima dele, soma tudo e, depois, encolhe os ladrilhos. É a ideia da soma de Riemann elevada a mais uma dimensão.

Calcula-la por integração iterada: integra em relação a uma variável e, depois, à outra. O teorema de Fubini é o que torna isto prático, já que, para funções contínuas, podes integrar em qualquer ordem e obter a mesma resposta.

Imagine medir o total de chuva recolhida sobre um campo inteiro. A chuva cai de forma desigual, mais forte perto de um canto, mais fraca noutro, pelo que divide mentalmente o campo em pequenos quadrados, multiplica a área de cada quadrado pela profundidade da chuva local aí, e soma cada parcela. Deixar essas parcelas encolher transforma essa soma na integral dupla da profundidade f(x, y) sobre o campo.

Onde isto aparece no MLSempre que tomas a média de algo sobre duas variáveis aleatórias de uma só vez, estás a calcular uma integral dupla: E[f(X, Y)] = ∬ f(x, y) p(x, y) dx dy. A liberdade que Fubini dá de trocar a ordem é exatamente o que permite marginalizar, integrando uma variável para recuperar a distribuição da outra. Toda a esperança conjunta e toda a densidade marginal de um modelo probabilístico é uma destas…
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