媒介変数で表された曲線で囲まれた面積(B)
★☆☆☆☆☆☆(教科書) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 媒介変数で表された曲線で囲まれた面積(A) (★☆☆☆☆☆☆(教科書))
問題
曲線 $x=\cos t$,$y=\sin 2t\ (0\leqq t\leqq 2\pi)$ で囲まれた部分の面積を求めよ.
$t$ を $2\pi-t$ におき換えると,$x$ は変わらず,$y$ は $-y$ になるから,曲線は $x$ 軸に関して対称である.また,$t$ を $\pi-t$ におき換えると,$x$ は $-x$ に,$y$ は $-y$ になるから,曲線は原点に関して対称である.よって,曲線は $y$ 軸に関しても対称であり,8 の字形である(下図).
$0\leqq t\leqq\dfrac{\pi}{2}$ の部分は,$x$ が $1$ から $0$ まで減少し,$y\geqq 0$ であるから,第 1 象限にある.$dx=-\sin t\,dt$ であるから,この部分と $x$ 軸で囲まれた面積は
\[ \int_0^1y\,dx=\int_{\frac{\pi}{2}}^0\sin 2t\cdot(-\sin t)\,dt=\int_0^{\frac{\pi}{2}}2\sin^2t\cos t\,dt=\left[\frac{2}{3}\sin^3t\right]_0^{\frac{\pi}{2}}=\frac{2}{3} \]
対称性から,求める面積は $4\cdot\dfrac{2}{3}=\dfrac{8}{3}$
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