東大理系数学'10年前期[4]

Oを原点とする座標平面上の曲線
C:
と、その上の相異なる2点,を考える。
(1) ()を通るx軸に平行な直線と、直線との交点を、それぞれ ()とする。このときとの面積は等しいことを示せ。
(2) とする。このときCのの範囲にある部分と、線分,とで囲まれる図形の面積を、,を用いて表せ。


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解答 工夫の必要な求積問題ですが、問題文の指定を活かすことにより、面倒な計算を回避できます。

(1) ,のy座標は,ですが、直線上の点なので、x座標もy座標と等しく、,となります。
,つまり、原点O,,を3頂点とする三角形の面積は、
,つまり、原点O,,を3頂点とする三角形の面積は、
曲線C上の点,の座標を使って表されているとが同じ形をしているので、曲線C上の点について、がどういう値になるかを調べてみます。

(一定) ・・・�@
従って、

(2) 求める面積をS,曲線Cとx軸、直線,で囲む面積を,,としての面積を,の面積をとして、,となる場合を含めて、
(i) の場合、
,
(ii) の場合、
,
(iii) の場合、
,
いずれの場合も、
 ・・・�A
問題文の要求は「,を用いて表せ」ということなので、,を使わずに,で表すようにします。�@を用いると、
 ・・・�B
よって、
,
これより�Aは、
 ・・・�C
また、曲線C上の点においては、より、の場合についても、
よって、�B両辺をyで割って、
 ・・・�D
さて、について、
 ・・・�E (定積分と面積を参照)
これも、,を使わず,で表すようにするために、
とおいて置換積分します。
 ・・・�F
が困りますが、�Dを用いて、
 (∵ )
�Fに代入して、
よって、
x:のときy:
こうして、�Eは、
�Cに代入すると、
......[答]


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