r=f(θ) の曲線が囲む部分の面積(B)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: r=f(θ) の曲線が囲む部分の面積(A) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
極方程式 $r^2=\cos 2\theta$ で表される曲線(レムニスケート)で囲まれた部分の面積を求めよ.ただし,極方程式 $r=f(\theta)$ で表される曲線と 2 つの半直線 $\theta=\alpha$,$\theta=\beta$ で囲まれた部分の面積は $\displaystyle\frac{1}{2}\int_{\alpha}^{\beta}\{f(\theta)\}^2d\theta$ で与えられることを用いてよい.
$r^2=\cos 2\theta\geqq 0$ となるのは $-\dfrac{\pi}{4}\leqq\theta\leqq\dfrac{\pi}{4}$ および $\dfrac{3}{4}\pi\leqq\theta\leqq\dfrac{5}{4}\pi$ である.また,$\theta$ を $\theta+\pi$ におき換えても $\cos 2\theta$ の値は変わらないから,曲線は 2 つの閉じた部分からなり,原点に関して対称である(下図).
右側のループの面積は
\[ \frac{1}{2}\int_{-\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{4}}\cos 2\theta\,d\theta=\frac{1}{2}\left[\frac{\sin 2\theta}{2}\right]_{-\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{4}}=\frac{1}{2} \]
よって,求める面積は $2\cdot\dfrac{1}{2}=1$
⭐ お気に入り 0
ログインするとお気に入り・印刷リスト・PDF出力が使えます