対称性を利用して閉じた曲線で囲まれた面積を求める(B)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 対称性を利用して閉じた曲線で囲まれた面積を求める(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
曲線 $y^2=x^2(1-x^2)$ で囲まれた部分の面積を求めよ.
方程式は,$y$ を $-y$ におき換えても,$x$ を $-x$ におき換えても変わらないから,曲線は $x$ 軸,$y$ 軸に関して対称である.また,$y^2\geqq 0$ より $x^2(1-x^2)\geqq 0$ であるから,曲線は $-1\leqq x\leqq 1$ の範囲にある(8 の字形,下図).
第 1 象限の部分は $y=x\sqrt{1-x^2}\ (0\leqq x\leqq 1)$ であるから
\[ S=4\int_0^1x\sqrt{1-x^2}\,dx=4\left[-\frac{1}{3}(1-x^2)^{\frac{3}{2}}\right]_0^1=4\cdot\frac{1}{3}=\frac{4}{3} \]
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