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回転体
難易度:
★★
ケンスー
2010/02/06 15:06
∠ABC=∠BAD=∠CAD=90°、AB=BC=AD=1をみたす四面体A-BCDをABを軸に回転してできる回転体の体積と表面積を求めよ。
久しぶりの出題です。要積分。
【
>>6
】
回答募集は終了しました。
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△
▽
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No.1
ヒミツ
nn)/
2010/02/07 18:45
誰も解答する方がいないので,計算してみました.
ケンスー
遅くなってすいません。正解です。
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△
▽
▼
No.2
ヒミツ
ボムボム
2010/02/09 02:13
表面積がめんどくさいですね
ケンスー
完璧です
▲
△
▽
▼
No.3
ヒミツ
nn)/
2010/02/13 14:58
表面積も求めるんでしたね.では,No.1 の続きです.
途中の計算を省略しましたが,確かに面倒くさいです.
ケンスー
おくれてすいません
おお、これは簡潔な解答で
近似値は確認していませんが、正解です。
▲
△
▽
▼
No.4
ヒミツ
るーびっく
2010/07/04 17:39
とりあえず体積だけ求めてみました。結構難しかったです汗
ケンスー
正解です
表面積はかなり面倒ですが、解いてみてください
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△
▽
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No.5
ヒミツ
るーびっく
2010/07/13 15:04
方針だけ書いて済ませておきます
計算するの面倒臭そうなので。
↑あ、rを掛けるの忘れてました…
ケンスー
遅れてすいません
正解です。
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No.6
ケンスー
2012/08/31 20:34
ずーっと放置されていた問題ですが、ようやく解答を公開することになりました。いまさら公開しても、覚えている方はおそらくいないし、見る方もいらっしゃらないでしょう。とはいうものの、全てはここまで放置していた自分の責任ですので、公開します。これを機に猛省し、今後はきちんとした問題管理を行っていきたいと思います(もっとも、そうあるのが当然のことなのですが)。
以下解答。
まわりくどい書き方をしていますが、この問題は次のように言い換えられます。
「一辺1の立方体の対角線を、それとねじれの位置にある辺を軸に回転させた立体の体積・表面積は?」
というもの。対角線上の各点全てを、軸を通る任意の平面上に移動させるとわかりますが、実は直線を回しているように見せかけて、全く別のとあるグラフを回す問題なのです。ちなみに、解くときには、軸からの距離さえわかれば充分なので、ねじれだとか意識する必要はありません。
(解答)
座標を設定し、直線を媒介表示、そして直線上の各点と軸の距離を計算するなどすることで、
y=(2x^2 - 2x + 1)^(1/2) (0≦x≦1)
をx軸の周りに回転する問題に置き換えることが出来る。
この立体の体積をV,側面積をS1,底面積をS2とおくと、
V=∫[0,1] πy^2 dx
=π [(2/3)x^3 - x^2 + x][0,1]
=2π/3
S1=∫[0,1] 2πy(1 + (y')^2)^(1/2) dx
=2√2π∫[0,1] (3x^2 - 3x + 1)^(1/2) dx
=4√2π∫[1/2,1] (3(x-1/2)^2 + 1/4)^(1/2) dx
(x=1/2 + ( (t-1/t) / (4√3) )で置換)
=4√2π∫[1,2+√3] (3 ( (t-1/t) / (4√3) )^2 + 1/4)^(1/2) ( (1+1/t^2) / (4√3) ) dt
=√6π/3∫[1,2+√3] ( (t+1/t)^2 / 16 )^(1/2) (1+1/t^2) dt
=√6π/12∫[1,2+√3] (t+1/t)(1+1/t^2) dt
=√6π/12∫[1,2+√3] ( t + 2/t + (1/t)^3 ) dt
=√6π/12[ 1/2 t^2 + 2log(t) - 1/2 (1/t)^2 ][1,2+√3]
={√2+(√6/6)log(2+√3)}π
S2=2*π*1^2=2π
∴S=S1+S2={2+√2+(√6/6)log(2+√3)}π
もともとは体積だけのつもりでしたが、あまりに計算が楽すぎたので、表面積も問題にしてみました
tの関数や範囲,代入は省略していますが、実際はかなり面倒です
このクイズのヒント
ヒント知らないよ
このクイズの参加者(3人)
nn)/
ボムボム
るーびっく
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