放物線とx軸で囲まれた部分を直線で2等分する(B)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/24
🔁 類題: 放物線とx軸で囲まれた部分を直線で2等分する(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
放物線 $y=-x^2+4$ と $x$ 軸で囲まれた部分の面積を,直線 $y=k\ (0<k<4)$ が 2 等分するとき,$k$ の値を求めよ.
放物線と $x$ 軸で囲まれた部分の面積は $\dfrac{4^3}{6}=\dfrac{32}{3}$.
直線 $y=k$ と放物線の交点は $x=\pm\sqrt{4-k}$.直線より上の部分の面積は
\[ \int_{-\sqrt{4-k}}^{\sqrt{4-k}}(-x^2+4-k)\,dx=\frac{(2\sqrt{4-k})^3}{6}=\frac{4}{3}(4-k)^{\frac{3}{2}} \]
これが $\dfrac{16}{3}$ に等しいから $(4-k)^{\frac{3}{2}}=4$,$4-k=4^{\frac{2}{3}}=2\sqrt[3]{2}$.
$1<\sqrt[3]{2}<2$ であるから $0<4-2\sqrt[3]{2}<2$ となり,これは $0<k<4$ を満たす.
よって $k=4-2\sqrt[3]{2}$
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