Integrais Duplas

Cálculo multivariável a partir dos primeiros princípios

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

Você a calcula por integração iterada: integre em relação a uma variável e, depois, à outra. O teorema de Fubini é o que torna isso prático, já que, para funções contínuas, você pode integrar em qualquer ordem e obter a mesma resposta.

Imagine medir a quantidade total de chuva coletada sobre um campo inteiro. A chuva cai de forma desigual, mais forte perto de um canto, mais fraca em outro, então você mentalmente corta o campo em pequenos quadrados, multiplica a área de cada quadrado pela profundidade da chuva local ali e soma cada pedaço. Deixar os pedaços encolherem transforma essa soma na integral dupla da profundidade f(x, y) sobre o campo.

Onde isso aparece no MLSempre que você toma a média de algo sobre duas variáveis aleatórias de uma só vez, está calculando 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 esperança conjunta e toda densidade marginal de um modelo probabilístico é uma dessas…
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