解決済み

半径11の円に、辺が座標軸に平行な長方形ABCDABCDを内接させ、弓形ABEABExx軸の周りに一回転してできる立体の体積をuu,弓形BCFBCFyy軸の周りに一回転してできる立体の体積をvvとします。長方形ABCDABCDが変わるとき、u2+v2u^2+v^2の最小値を求められる方はいらっしゃいますか?

補足

不備(質問に対する疑問や欠陥、誤植等)があればコメントください。

ベストアンサー

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何度も回答ごめんね。

計算見直したからこれで最後にします。


原点中心半径1の円を考える。

第一象限円周上に点Aを、さらに反時計回りに点B~点Dをとる。

OAと xx 軸のなす角を θ\theta とすると 0<θ<10\lt\theta\lt1 である。

このとき


u=2{π0cosθ(1x2)2dxπsin2θcosθ}=43πcos3θ\begin{align*}u&=2\left\{\pi\int_0^{\cos\theta}\left(\sqrt{1-x^2}\right)^2dx-\pi\sin^2\theta\cos\theta\right\}\\&=\dfrac{4}{3}\pi\cos^3\theta\end{align*}


v=2{π0sinθ(1y2)2dyπsinθcos2θ}=43πsin3θ\begin{align*}v&=2\left\{\pi\int_0^{\sin\theta}\left(\sqrt{1-y^2}\right)^2dy-\pi\sin\theta\cos^2\theta\right\}\\&=\dfrac{4}{3}\pi\sin^3\theta\end{align*}


であるから

u2+v2=169π2(cos6θ+sin6θ)=169π2(13sin2θcos2θ)=169π2(134sin22θ)\begin{align*}u^2+v^2&=\dfrac{16}{9}\pi^2\left(\cos^6\theta+\sin^6\theta\right)\\&=\dfrac{16}{9}\pi^2\left(1-3\sin^2\theta\cos^2\theta\right)\\&=\dfrac{16}{9}\pi^2\left(1-\dfrac{3}{4}\sin^22\theta\right)\end{align*}

より θ=π4\theta=\dfrac{\pi}{4} のとき最小値 49π2\dfrac{4}{9}\pi^2


補足

訂正

5行目

0<θ<1  0<θ<π20\lt\theta\lt1\ \Longrightarrow\ 0\lt\theta\lt\dfrac{\pi}{2}

質問者からのお礼コメント

質問者からのお礼コメント

ありがとうございます🙏大変助かりました

図形の変形がうまくイメージできていなくて、、

ありがとうございます。

そのほかの回答(4件)

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EとFはどのような点ですか?

多分書き忘れかと

返信(1件)

おそらくですね、「弓形ABEABE」,「弓形BCFBCF」で「弓形」なので、おそらく問題文から推測できますね。ABAB.BCBCは円でいうと「弦」に当たるので、そこを含むようにして「弓形」を完成させ、それぞれxx.yy軸で回転できるように点を取れば行けると思います。

結構わかりにくいですよね。

ご指摘ありがとうございます。

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返信(1件)

円柱抜くの忘れてた

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