媒介変数で表された曲線を x 軸のまわりに回転させる(B)
★☆☆☆☆☆☆(教科書) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 媒介変数で表された曲線を x 軸のまわりに回転させる(A) (★☆☆☆☆☆☆(教科書))
問題
アステロイド $x=\cos^3t$,$y=\sin^3t\ (0\leqq t\leqq 2\pi)$ 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.ただし,$I_n=\displaystyle\int_0^{\frac{\pi}{2}}\sin^nt\,dt$ について $I_7=\dfrac{16}{35}$,$I_9=\dfrac{128}{315}$ を用いてよい.
曲線は $x$ 軸に関して対称であるから,$y\geqq 0$ の部分を $x$ 軸のまわりに回転させればよい.また,$y$ 軸に関しても対称であるから,$x\geqq 0$,$y\geqq 0$ の部分の回転体の体積を 2 倍する.$0\leqq t\leqq\dfrac{\pi}{2}$ で $x$ は $1$ から $0$ まで減少し,$\dfrac{dx}{dt}=-3\cos^2t\sin t$
\[ V=2\pi\int_0^1y^2\,dx=2\pi\int_{\frac{\pi}{2}}^0\sin^6t(-3\cos^2t\sin t)\,dt=6\pi\int_0^{\frac{\pi}{2}}\sin^7t(1-\sin^2t)\,dt \]
\[ =6\pi(I_7-I_9)=6\pi\left(\frac{144}{315}-\frac{128}{315}\right)=6\pi\cdot\frac{16}{315}=\frac{32}{105}\pi \]
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