空間の三角形を回転した立体(B)
★★★★☆☆☆(地方国立・MARCH) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 空間の三角形を回転した立体(A) (★★★★☆☆☆(地方国立・MARCH))
問題
座標空間内の 3 点 $\mathrm{O}(0,\,0,\,0)$,$\mathrm{A}(1,\,0,\,0)$,$\mathrm{B}(0,\,1,\,1)$ を頂点とする三角形 OAB(内部を含む)を,$z$ 軸のまわりに 1 回転してできる立体の体積を求めよ.
三角形 OAB 上の点は $s\overrightarrow{\mathrm{OA}}+t\overrightarrow{\mathrm{OB}}=(s,\,t,\,t)$($s\geqq 0$,$t\geqq 0$,$s+t\leqq 1$)と表される.
平面 $z=t\ (0\leqq t\leqq 1)$ による切り口は,2 点 $(0,\,t,\,t)$,$(1-t,\,t,\,t)$ を結ぶ線分である.この線分上の点 $(s,\,t,\,t)$ と $z$ 軸との距離は $\sqrt{s^2+t^2}$ で,$s=0$ のとき最小値 $t$,$s=1-t$ のとき最大値 $\sqrt{(1-t)^2+t^2}$ をとる.
よって,立体の切り口は円環で,その面積は
\[ S(t)=\pi\{(1-t)^2+t^2\}-\pi t^2=\pi(1-t)^2 \]
したがって
\[ V=\int_0^1\pi(1-t)^2\,dt=\frac{\pi}{3} \]
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