2つの立体の共通部分の体積(B)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 2つの立体の共通部分の体積(A) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
座標空間において,球 $x^2+y^2+z^2\leqq 4$ と円柱 $x^2+y^2\leqq 1$ の共通部分の体積を求めよ.
平面 $z=t\ (-2\leqq t\leqq 2)$ による切り口は,円 $x^2+y^2\leqq 4-t^2$ と円 $x^2+y^2\leqq 1$ の共通部分で,半径の小さい方の円である.
$|t|\leqq\sqrt{3}$ のとき $4-t^2\geqq 1$ で,切り口は半径 1 の円(面積 $\pi$)
$\sqrt{3}\leqq|t|\leqq 2$ のとき,切り口は半径 $\sqrt{4-t^2}$ の円(面積 $\pi(4-t^2)$)
よって,$z$ について対称であるから
\[ V=2\left\{\pi\sqrt{3}+\pi\int_{\sqrt{3}}^2(4-t^2)\,dt\right\}=2\pi\left\{\sqrt{3}+\left[4t-\frac{t^3}{3}\right]_{\sqrt{3}}^2\right\} \]
\[ =2\pi\left\{\sqrt{3}+\frac{16}{3}-3\sqrt{3}\right\}=\frac{32}{3}\pi-4\sqrt{3}\,\pi \]
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