円を底面とする立体の切り口と体積(B)
★☆☆☆☆☆☆(教科書) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 円を底面とする立体の切り口と体積(A) (★☆☆☆☆☆☆(教科書))
問題
底面の半径が 1,高さが 2 の直円柱を,底面の直径 AB を含み底面と $45^\circ$ の角をなす平面で切ってできる,小さい方の立体(くさび形)の体積を求めよ.
底面の中心を原点,直径 AB を $x$ 軸とし,底面上で立体のある側を $y$ 軸の正の向き,底面に垂直で上向きを $z$ 軸の正の向きにとる.点 $(x,\,0,\,0)\ (-1\leqq x\leqq 1)$ を通り $x$ 軸に垂直な平面による切り口は,底面上の辺の長さが $\sqrt{1-x^2}$ の直角三角形である.切断面は底面と $45^\circ$ の角をなすから,その高さは $\sqrt{1-x^2}\tan 45^\circ=\sqrt{1-x^2}$ である.よって,切り口は直角をはさむ 2 辺がともに $\sqrt{1-x^2}$ の直角二等辺三角形である(下図).その面積は
\[ S(x)=\frac{1}{2}\left(\sqrt{1-x^2}\right)^2=\frac{1-x^2}{2} \]
よって
\[ V=\int_{-1}^1\frac{1-x^2}{2}\,dx=\int_0^1(1-x^2)\,dx=\frac{2}{3} \]
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