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関数_2次関数_回転体の体積

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 2次関数

 回転体の体積

例題
    放物線\(m:y=x^2\)と直線\(ℓ:y=x+6\)が次の図のように2点\(A,B\)で交わっている。
     
    関数_2次関数_回転体の体積

  1.     \( x \)軸を軸として\( \triangle AOB \)を1回転してできる回転体の体積を求めなさい。
     
  2.     \( y \)軸を軸として\( \triangle AOB \)を1回転してできる回転体の体積を求めなさい。
     
    まずはこう解け!
 
  1. 見取り図を書かないで解けるようにする。
  2. 高さの和/高さの差を利用すること。

  3. 高さの和/高さの差の利用

    関数_2次関数_回転体の体積

    図のように底面積が共通な図形の体積の合計は

    \(V=S \times h1 \times \dfrac{1}{3}+S \times h2 \times \dfrac{1}{3}\)

    \(=S \times ( \color{red}{h1 +h2} ) \times \dfrac{1}{3}\)

    \(=S \times h \times \dfrac{1}{3}\)

    のように高さの和を利用すること。

    関数_2次関数_回転体の体積

    図のように底面積が共通な図形の体積の差は

    \(V=S \times h1 \times \dfrac{1}{3}-S \times h2 \times \dfrac{1}{3}\)

    \(=S \times ( \color{red}{h1 -h2} ) \times \dfrac{1}{3}\)

    \(=S \times h \times \dfrac{1}{3}\)

    のように高さの差を利用すること。

解答
  1.     \( x \)軸を軸として\( \triangle AOB \)を1回転してできる回転体の体積を求めなさい。
  2. \(\begin{eqnarray}\left\{\begin{array}{l}y=x^2 \\ y=x+6\end{array}\right.\end{eqnarray}\)

    交点の座標を求めると\(A(-2,4)\)、\(B(3,9)\)

    求めるべき体積を図示する。(理解のため見取り図も図示するが、実際は書かないで良い。)

    関数_2次関数_回転体の体積  関数_2次関数_回転体の体積

    \(y=x+6\)より\(C(-6,0)\)

    \( ( \triangle AOBの回転体) = ( \triangle COBの回転体) -(  \triangle COA の回転体)  \)で計算すれば良い。

    ※\(\triangle COB \)の回転体は高さの差を利用、\( \triangle COA \)の回転体は高さの和を利用

    \( ( \triangle COBの回転体)=9^2 \pi \times 6 \times \dfrac{1}{3}= 162 \pi\)

    \( ( \triangle COA の回転体) = 4^2 \pi \times 6 \times \dfrac{1}{3} = 32 \pi \)

    よって

    \( ( \triangle AOBの回転体)=162 \pi – 32 \pi \)

    \( =130 \pi \)

    \(130 \pi \)

  3.     \( y \)軸を軸として\( \triangle AOB \)を1回転してできる回転体の体積を求めなさい。
     
  4. 関数_2次関数_回転体の体積  関数_2次関数_回転体の体積

    \( ( \triangle AOBの回転体) \)\(= ( \triangle OEDの回転体) + ( \triangle OEB の回転体) -( \triangle OEF の回転体)  \)で計算すれば良い。

    ここで直線\(OB\)と直線\(CD\)の交点\(F\)を求める。

    \(\begin{eqnarray}\left\{\begin{array}{l}y=3x\dots_{(OB)} \\ y=-x+6\dots_{(CD)}\end{array}\right.\end{eqnarray}\)

    よって、\(F \left( \dfrac{3}{2} , \dfrac{9}{2} \right)\)

    \( ( \triangle OEDの回転体) =2^2 \pi \times 6 \times \dfrac{1}{3}=8 \pi \)

    \( ( \triangle OEBの回転体) =3^2 \pi \times 6 \times \dfrac{1}{3}=18 \pi \)

    \( ( \triangle OEFの回転体) =\left( \dfrac{3}{2} \right)^2 \pi \times 6 \times \dfrac{1}{3}=\dfrac{9}{2} \pi \)

    よって、

    \( ( \triangle AOBの回転体)= 8 \pi+ 18 \pi-\dfrac{9}{2} \pi \)

    \(= \dfrac{43}{2} \pi\)

    \( \dfrac{43}{2} \pi \)

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