接線と曲線で囲まれた図形の回転体(B)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 接線と曲線で囲まれた図形の回転体(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
原点から曲線 $y=e^x$ に引いた接線を $\ell$ とする.曲線 $y=e^x$,接線 $\ell$ および $y$ 軸で囲まれた部分を,$x$ 軸のまわりに 1 回転してできる立体の体積を求めよ.
$y^{\prime}=e^x$ であるから,接点を $(t,\,e^t)$ とすると,接線の方程式は $y-e^t=e^t(x-t)$ すなわち $y=e^t(x-t+1)$ である.これが原点を通るから $e^t(1-t)=0$ より $t=1$.よって $\ell:y=ex$,接点は $(1,\,e)$
$y=e^x$ のグラフは下に凸であるから,接線 $\ell$ はグラフの下側にあり,$0\leqq x\leqq 1$ で $e^x\geqq ex\geqq 0$ である.よって
\[ V=\pi\int_0^1(e^{2x}-e^2x^2)\,dx=\pi\left[\frac{e^{2x}}{2}-\frac{e^2x^3}{3}\right]_0^1=\pi\left(\frac{e^2}{2}-\frac{e^2}{3}-\frac{1}{2}\right)=\frac{\pi(e^2-3)}{6} \]
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