積分の計算に工夫がいる曲線 y=f(x) の長さ(B)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 積分の計算に工夫がいる曲線 y=f(x) の長さ(A) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
放物線 $y=\dfrac{x^2}{2}\ (0\leqq x\leqq 1)$ の長さを求めよ.ただし,$\displaystyle\int\frac{dx}{\sqrt{x^2+1}}=\log\left(x+\sqrt{x^2+1}\right)+C$ を用いてよい.
$y'=x$ であるから,求める長さを $L$ とすると $L=\displaystyle\int_0^1\sqrt{1+x^2}\,dx$ である.これを $I$ とおくと,部分積分法により
\[ I=\int_0^1\sqrt{1+x^2}\,dx=\Bigl[x\sqrt{1+x^2}\Bigr]_0^1-\int_0^1\frac{x^2}{\sqrt{1+x^2}}\,dx=\sqrt{2}-\int_0^1\left(\sqrt{1+x^2}-\frac{1}{\sqrt{1+x^2}}\right)dx \]
\[ =\sqrt{2}-I+\Bigl[\log\left(x+\sqrt{x^2+1}\right)\Bigr]_0^1=\sqrt{2}-I+\log(1+\sqrt{2}) \]
よって $2I=\sqrt{2}+\log(1+\sqrt{2})$
したがって,求める長さは $L=I=\dfrac{\sqrt{2}+\log(1+\sqrt{2})}{2}$
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