y軸まわりの回転体(おき換え・場合分けで切り口を調べる)(B)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: y軸まわりの回転体(おき換え・場合分けで切り口を調べる)(A) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
曲線 $y=e^{-x^2}$ と $x$ 軸,$y$ 軸および直線 $x=1$ で囲まれた部分を,$y$ 軸のまわりに 1 回転してできる立体の体積を求めよ.
回転体を $y$ 軸に垂直な平面で切った切り口を考える.
$0\leqq y\leqq\dfrac{1}{e}$ では,切り口は半径 $1$ の円である.
$\dfrac{1}{e}\leqq y\leqq 1$ では,$y=e^{-x^2}$ より $x^2=-\log y$ で,切り口は半径 $\sqrt{-\log y}$ の円である.
よって
\[ V=\pi\cdot 1^2\cdot\frac{1}{e}+\pi\int_{\frac{1}{e}}^1(-\log y)\,dy=\frac{\pi}{e}+\pi\Bigl[-y\log y+y\Bigr]_{\frac{1}{e}}^1=\frac{\pi}{e}+\pi\left(1-\frac{2}{e}\right)=\pi\left(1-\frac{1}{e}\right) \]
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