切り口の面積を積分して体積を求める(B)
★☆☆☆☆☆☆(教科書) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 切り口の面積を積分して体積を求める(A) (★☆☆☆☆☆☆(教科書))
問題
$xy$ 平面上の曲線 $y=\cos x\ \left(-\dfrac{\pi}{2}\leqq x\leqq\dfrac{\pi}{2}\right)$ と $x$ 軸で囲まれた部分を底面とする立体がある.この立体を $x$ 軸に垂直な平面で切った切り口は,つねに底面上の線分を 1 辺とする正方形である.この立体の体積を求めよ.
$-\dfrac{\pi}{2}\leqq x\leqq\dfrac{\pi}{2}$ のとき $\cos x\geqq 0$ である.
$x$ 軸上の点 $x\ \left(-\dfrac{\pi}{2}\leqq x\leqq\dfrac{\pi}{2}\right)$ を通り $x$ 軸に垂直な平面による切り口は,底面上の 2 点 $(x,\,0)$,$(x,\,\cos x)$ を結ぶ線分(長さ $\cos x$)を 1 辺とする正方形であるから(下図),その面積は $S(x)=\cos^2x$
よって,求める体積を $V$ とすると
\[ V=\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}}\cos^2x\,dx=\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}}\frac{1+\cos 2x}{2}\,dx=\left[\frac{x}{2}+\frac{\sin 2x}{4}\right]_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}}=\frac{\pi}{4}-\left(-\frac{\pi}{4}\right)=\frac{\pi}{2} \]
したがって,この立体の体積は $\dfrac{\pi}{2}$
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