山梨大医数学
'09
年
[4]
放物線
A
:
上の点
(
)
における接線に関して、
A
の頂点と対称な点
P
の
x
座標、
y
座標を
,
と表し、
が描く曲線を
B
とする。
(1)
,
を求め、さらに
を求めよ。
(2)
とする。
を満たす実数
u
に対して、曲線
B
と
x
軸、直線
によって囲まれる図形の面積を
とするとき、
を求めよ。
(3)
直線
に関して放物線
A
と対称な放物線を
C
とする。放物線
C
を
y
軸方向に
2
倍拡大した放物線を
D
とする。放物線
D
と放物線
A
によって囲まれる図形の面積を求めよ。
(4)
直線
と放物線
D
によって囲まれる図形を直線
の周りに
1
回転してできる立体の体積を求めよ。
解答
数学V全般にわたってボリューム満点のこういう問題こそ、入試準備の演習課題として効率的で最適、という問題です。
(3)
の定積分は素直に計算すると、
x
にマイナスがついているのがいやらしく、充分注意して
(
危なければ、
などとおいて置換積分する
)
計算する必要があります。
(1)
A
:
合成関数の微分法
より、
A
の方程式両辺を
x
で微分して、
点
における接線:
・・・@
原点
O(
放物線
A
の頂点
)
を通り@と
垂直な直線
:
・・・A
@,Aを連立して、
∴
Aより、
A
の頂点と点
P(
@に関して
A
の頂点と
対称
)
を結ぶ線分
OP
の中点が、@とAの交点になります。よって、
P
の座標は
∴
,
......[
答
]
......[
答
]
(
関数の極限
を参照
)
(2)
です。
,
より、
であることに注意します。
のとき
P
ですが、
のとき、
より、
より
なので、
これが曲線
B
の方程式になります。
のとき
なので
の場合を含んでいます。曲線
B
と
x
軸、直線
(
)
によって囲まれる図形
(
右図黄色着色部分
)
の
面積
は、
(
分母がなるべく簡単な形になるように
)
とおくと、
,
,
x
:
のとき、
s
:
(
置換積分
を参照
)
とおく
(
置換積分
(
その
2)
を参照
)
と、
,
(
)
として、
s
:
のとき、
θ
:
より、
(
半角の公式
を参照
)
のとき、
,
より
∴
......[
答
]
(3)
直線
に関して放物線
A
と対称な放物線
C
:
放物線
C
を
y
軸方向に
2
倍拡大した放物線
D
:
A
,
D
の交点は、
と
を連立して、
放物線
D
と放物線
A
によって囲まれる図形
(
右図黄緑色着色部分
)
の
面積
は、
......[
答
]
(4)
と
D
:
の交点は、
∴
の周りに回転させる回転体ですが、
x
軸の周りに回転させるときと同様に考えて、回転軸に垂直な断面の円の面積を、回転軸に沿って積分することにより回転体の体積を求めます
(
斜回転体
を参照
)
。
として、
D
上の点
Q
を通り
に垂直な直線は、
と連立して、交点
H
の
x
座標を求めると、
よって、
断面の円の面積は、
原点
O
と
H
との距離は、
において
より、回転体の体積
V
は、
(
回転軸に沿って積分するので、
t
ではなく、
OH
について積分する
)
,
OH
:
のとき、
t
:
......[
答
]
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