Question Number 190419 by horsebrand11 last updated on 02/Apr/23
$$\:\underset{−\mathrm{1}} {\overset{\mathrm{1}} {\int}}\underset{−\sqrt{\mathrm{1}−{y}^{\mathrm{2}} }} {\overset{\sqrt{\mathrm{1}−{y}^{\mathrm{2}} }} {\int}}\:\mathrm{ln}\:\left({x}^{\mathrm{2}} +{y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right){dx}\:{dy}\:=? \\ $$
Answered by witcher3 last updated on 04/Apr/23
$$\mathrm{x}=\mathrm{rcos}\left(\mathrm{a}\right) \\ $$$$\mathrm{y}=\mathrm{rsin}\left(\mathrm{a}\right) \\ $$$$−\mathrm{1}\leqslant\mathrm{rsin}\left(\mathrm{a}\right)\leqslant\mathrm{1},\Rightarrow\mathrm{a}\in\left[−\frac{\pi}{\mathrm{2}},\frac{\pi}{\mathrm{2}}\right] \\ $$$$\mid\mathrm{x}\mid\leqslant\sqrt{\mathrm{1}−\mathrm{y}^{\mathrm{2}} }\:\:\:\Leftrightarrow\mathrm{0}\leqslant\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{y}^{\mathrm{2}} \leqslant\mathrm{1}\Leftrightarrow\mathrm{0}\leqslant\mathrm{r}\leqslant\mathrm{1} \\ $$$$−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{r}}\leqslant\mathrm{sin}\left(\mathrm{a}\right)\leqslant\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{r}} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \int_{−\frac{\pi}{\mathrm{2}}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \mathrm{rln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{r}^{\mathrm{2}} \right)\mathrm{dadr}=\frac{\pi}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{r}^{\mathrm{2}} \right)\mathrm{dr}^{\mathrm{2}} \\ $$$$=\frac{\pi}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}\right)\mathrm{dx}=\frac{\pi}{\mathrm{2}}.\left(\mathrm{2ln}\left(\mathrm{2}\right)−\mathrm{1}\right) \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$