対称性を利用して媒介変数表示の曲線で囲まれた面積を求める(B)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 対称性を利用して媒介変数表示の曲線で囲まれた面積を求める(A) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
曲線 $x=\sin 2t$,$y=\sin t\ (0\leqq t\leqq\pi)$ で囲まれた部分の面積を求めよ.
$t=0,\ \pi$ のとき点は原点にあり,曲線は閉じている.$y=\sin t\geqq 0$ で,$t$ を $\pi-t$ に変えると $x\to -x$,$y\to y$ となるから,曲線は $y$ 軸に関して対称である(下図).
$0\leqq t\leqq\dfrac{\pi}{2}$ の部分は $x\geqq 0$ にあり,$y$ は $0$ から $1$ まで増加する.$dy=\cos t\,dt$ であるから,この部分と $y$ 軸で囲まれた面積は
\[ \int_0^1x\,dy=\int_0^{\frac{\pi}{2}}\sin 2t\cos t\,dt=\int_0^{\frac{\pi}{2}}2\sin t\cos^2t\,dt=\left[-\frac{2}{3}\cos^3t\right]_0^{\frac{\pi}{2}}=\frac{2}{3} \]
対称性から,求める面積は $2\cdot\dfrac{2}{3}=\dfrac{4}{3}$
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