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問題作ってみました解答してください / よろしくお願いします。
微分積分に関する問題を作成しました。解答してみてください。
No.72673 - 2021/02/07(Sun) 18:34:17

Re: 問題作ってみました解答してください / 投稿主
> 解答を求める目的は

問題として間違ってないか
難易度その他意見を頂戴するためです

No.72679 - 2021/02/07(Sun) 19:47:29

Re: 問題作ってみました解答してください / IT
問題として成り立っている(解なしなどはない)と思います。

難易度は、三角関数や分数関数などの微分などを習って理解できていれば解ける程度だと

No.72680 - 2021/02/07(Sun) 19:54:55

Re: 問題作ってみました解答してください / 投稿主
> 問題として成り立っている(解なしなどはない)と思います。
>
> 難易度は、微分などの定義を習って理解できていれば解ける程度だと


ありがとうごさいます。了解しました

No.72681 - 2021/02/07(Sun) 19:57:48

Re: 問題作ってみました解答してください / らすかる
10番の「y=□x+□」は「y=□x-□」にした方がよいと思います。
No.72686 - 2021/02/08(Mon) 06:50:47
(No Subject) / あ
答えが2/π
らしいのですがどうやって解くんですか?教えてください!

No.72670 - 2021/02/07(Sun) 18:00:24

Re: / IT
(おおまかな方針)
y=sinxとy=txのグラフを描いて見る。
t<0のときはt>0のときと点対称なので、t>0のときを調べれば良さそうです。

nπ≦1/t<(n+1)π のとき f(t)がいくらになるか調べる。 
(f(t)の有限個の誤差は無視できます)

No.72671 - 2021/02/07(Sun) 18:17:28

Re: / あ
なぜtがその範囲の時を調べるのですか?
挟み撃ちで示すのかなーと思ったのですがf(t)が具体的じゃないのでうまく挟めません本当に手詰まりですw

No.72676 - 2021/02/07(Sun) 19:04:51

Re: / IT
グラフを描いてみましたか?未だならぜひ描いて書き込んでください。大まかなグラフで大丈夫です。
グラフを描かずに考えるのは難しいと思います。
>なぜtがその範囲の時を調べるのですか?
f(t)を数えやすいように、範囲を分割しています。n→∞のときt→+0 となります。

(2n+1/2)π≦1/t<(2n+2+1/2)π で分割した方が切りがいいかも知れません。
例えば 1/t = (4+1/2)πのとき  f(t) はいくらですか?

No.72678 - 2021/02/07(Sun) 19:22:32

Re: / あ
なんとかたどり着けました。t→0をn→∞に結びつけれなくてなんで1/tをnπとかで挟むのかなって思ってしまいました。これに似た系統の解の総和を挟み撃ちでやるやつを解いたことがあるのでひとまずtわ一般の値で置いた時のf(t)を出してそっからtをかけて挟まって形でやっぱり出来ました。ありがとうございます。
こう言う問題ってやっぱり慣れですか?

No.72682 - 2021/02/07(Sun) 20:31:42

Re: / IT
>こう言う問題ってやっぱり慣れですか?
そうですね。こう言う問題に限らず,大なり小なり、そういうことは言えると思いますが、
この問題の場合でもグラフを描けば、見えて来るかなとは思います。

No.72683 - 2021/02/07(Sun) 21:14:55
高校数学の不等式 / 宅浪野郎
写真の不等式を考えてみたのですが、これは証明可能でしょうか?もし可能なら解法のヒントをおねがいします。
No.72664 - 2021/02/07(Sun) 15:08:58

Re: 高校数学の不等式 / IT
画像がさかさまですよ。
No.72665 - 2021/02/07(Sun) 15:24:01

Re: 高校数学の不等式 / 宅浪野郎
みづらくてすいません。これでどうでしょうか?あと書き間違えがあったので訂正しました。おねがいします。
No.72666 - 2021/02/07(Sun) 15:27:50

Re: 高校数学の不等式 / らすかる
解けていませんので回答にはなっていませんが、
もしかしたら「(左辺)≧8かつ(右辺)≦8」を示せばいいのかも?
# (右辺)≦8は簡単ですが左辺が難しいです…

No.72668 - 2021/02/07(Sun) 16:49:15

Re: 高校数学の不等式 / 新生活
θ1=θ2=θ3=1/2のとき成り立つのでしょうか?
No.73430 - 2021/03/22(Mon) 08:52:58
円の座標を求める。 / 寝屋川のムウマ
x^2+y^2=10^2で、xが2の時、yの値は何になりますか。
No.72661 - 2021/02/07(Sun) 12:21:08

Re: 円の座標を求める。 / らすかる
x=2を代入すると
2^2+y^2=10^2
4+y^2=100
y^2=96
y=±4√6
となります。

No.72662 - 2021/02/07(Sun) 12:34:53

Re: 円の座標を求める。 / 寝屋川のムウマ
円が中心より上方向に10移動した場合はどうなりますか。
No.72663 - 2021/02/07(Sun) 14:56:51

Re: 円の座標を求める。 / らすかる
yが10増えますから10±4√6になります。
No.72667 - 2021/02/07(Sun) 16:10:45
体積 / たける
次の問題を教えて下さい。

1辺の長さが2の正四面体がある。この正四面体の表面と内部を、隣り合った二つの面の重心を通る直線を軸として一回転させてできる立体の体積を求めよ。

よろしくお願い致します。

No.72657 - 2021/02/07(Sun) 08:42:31

Re: 体積 / らすかる
A(0,1,√2/3),B(0,-1,√2/3),C(1,0,-2√2/3),D(-1,0,-2√2/3)として
x軸中心で回転させると考えればいいですね。
対称性から、x≧0かつy≧0の範囲だけ考えて2倍します。
直線AC上の点は(t,1-t,(1-3t)√2/3)と表せますので
x=tのときのx軸からの距離は
√{(1-t)^2+((1-3t)√2/3)^2}=√(27t^2-30t+11)/3
直線CD上の点は(t,0,-2√2/3)なので
x軸からの距離はxの値によらず2√2/3
ABの中点をMとするとM(0,0,√2/3)なので
直線MC上の点は(t,0,(1-3t)√2/3)であり
x=tのときのx軸からの距離は|1-3t|√2/3
これらを図示して交点を求めることにより、回転体の断面は
0≦x≦1/9の断面は 半径√(27x^2-30x+11)/3の円
1/9≦x≦1/3の断面は 半径2√2/3の円
1/3≦x≦1の断面は 半径2√2/3の円から半径(3x-1)√2/3の円を除いたドーナツ型
のようになることがわかります。
従って求める体積は
2π{∫[0〜1/9](27x^2-30x+11)/9 dx+∫[1/9〜1]8/9 dx-∫[1/3〜1]2(3x-1)^2/9 dx}
=(2π/9){∫[0〜1/9]27x^2-30x+11dx+∫[1/9〜1]8dx-∫[1/3〜1]2(3x-1)^2dx}
=(2π/9)(85/81+64/9-16/9)
=1034π/729
となります。

# 計算はご確認下さい。

No.72658 - 2021/02/07(Sun) 10:30:11

Re: 体積 / たける
らすかるさん
どうもありがとうございました!
とても分かりやすかったです!!

No.72672 - 2021/02/07(Sun) 18:30:50
問題の背景 / 大学1年生です
(b+c)/a = (c+a)/b = (a+b)/c のとき、この式の値を求めよ、という問題があります。普通に解く分には簡単にできました。
ただ、あるところで、この問題は「3平面の共有点をイメージすると結果に納得がいく」「行列の固有値と関係がある」と述べられているのを目にしました。ずっとその意味を考えているのですが、恥ずかしながら、そのどちらともこの問題との関連性が見えてきません。どちらかでも良いのでどう関連しているのか解説してくれると助かります。

No.72652 - 2021/02/06(Sat) 19:28:28

Re: 問題の背景 / IT
空間図形をイメージする力がないとむつかしいですね。
(私は、空間図形が苦手なので的外れかも知れません)

式の値をkとおいて分母を払って移項して、
 -ka+b+c=0…A,a-kb+c=0…B,a+b-kc=0…C とすると

3つの平面A,B,Cは、常に原点を通る。
kの条件は3つの平面A,B,Cがa≠0かつb≠0かつc≠0である共有点を持つことで、
その共有点からなる集合は、1直線・1平面が候補である。

この問題の場合は、a,b,cについて対称なので原点を通る直線、平面が決まってくる。
ということでしょうか。

No.72654 - 2021/02/06(Sat) 22:32:59

Re: 問題の背景 / IT
0a+b+c=ka,a+0b+c=kb,a+b+0c=kcを行列とベクトルの積で書くと

{{0,1,1},{1,0,1},{1,1,0}}(a,b,c)=k(a,b,c) (a,b,c) は縦ベクトル。
行列{{0,1,1},{1,0,1},{1,1,0}}の固有値は、-1,-1,+2 で
固有ベクトルは順に(-1,0,1),(-1,1,0),(1,1,1)

(-1,0,1),(-1,1,0)は、成分=0があり不適なので
((注)この部分は間違いでした。質問者の大学一年生さんの回答のとおりですね。)

(1,1,1)
このとき固有値k=2

No.72656 - 2021/02/07(Sun) 08:27:37

Re: 問題の背景 / 大学1年生です
ITさん
とても参考になりました!
空間図形の共有点の集合の考え方に関しては目からウロコです。
条件a+b+c=0(k=-1)のとき原点を通る平面、条件a=b=c(k=2)のとき原点を通る直線で、いずれもa,b,cに関して最も対称性の良いものとなっていて元の式の形と符合します。

固有値に関して、問題の答えはk=2, -1なのでその考え方で完結している思います。空間図形と併せて考えると、
固有値2のとき固有ベクトル(1,1,1)。これはまさに直線a=b=c
固有値-1のとき固有ベクトル(-1,0,1), (-1,1,0)で、この2つのベクトルが張る平面がまさにa+b+c=0になっていますね。

たいへん貴重な解説、本当にありがとうございました!

No.72659 - 2021/02/07(Sun) 11:10:48

Re: 問題の背景 / IT
固有値-1のとき固有ベクトル(-1,0,1), (-1,1,0) のところ
おっしゃる通りで その部分、私の回答はまちがいでしたね。

No.72660 - 2021/02/07(Sun) 11:18:20
円と接線の関係について / 寝屋川のムウマ
y=nx+bと、(x-a)^2+(y-b)^2=r^2が交わるとき、
点と直線の距離を使うと、
bの値は結果はどうなりますか。

No.72650 - 2021/02/06(Sat) 17:55:37

Re: 円と接線の関係について / らすかる
「y=nx+bと、(x-a)^2+(y-b)^2=r^2が接するとき、bの値を
点と直線の距離の公式を使って求めるには?」
という質問ならば、残念ながらbは求まりません。
適当なbの値で円と直線が交わっているとき、bを変化させると
円と直線が同じだけ上下(y軸方向)に移動しますので、
交わり方は変わらず、bを変えて接するようにするのは不可能です。

No.72651 - 2021/02/06(Sat) 19:00:43
(No Subject) / とある高校生
画像のような条件で、例えば1時間照射した時、サンプルに何W当たったか?とかって計算で分かるのでしょうか?また求める上で足りない情報とかありますか?
よろしくお願いします。

No.72643 - 2021/02/06(Sat) 13:56:45

Re: / X
UVランプが筒状の光源であると仮定すると
UV強度∝1/(離した距離)
∴サンプルにおけるUV強度を
x[μW/cm^2]
とすると
x:513=1/5:1/50
∴x=513[μW/cm^2]×(50/5)=5.13[mW/cm^2]

よってサンプルに当たるエネルギーは
5.13[mW/cm^2]×π×(20×0.1[cm])^2×1[h]
=64.5[mWh]
となります。

No.72649 - 2021/02/06(Sat) 17:09:33

Re: / 関数電卓
>> X さん
私は,
 光源を点光源と見なせるほどに,サンプルまでの距離が十分に遠い場合は
> UV強度∝1/(離した距離)^2
と考えても良いと思いますが,上記はそうではないようです。

>> とある高校生 さん
光源の形状(筒状のものなのか,2次元的な広がりをもつものなのか)がもう少し詳しくわかる必要があると思われます。

No.72653 - 2021/02/06(Sat) 21:49:10

Re: / X
>>関数電卓さんへ
ご指摘ありがとうございます。
私は筒状の光源を仮定したつもりで
計算しましたが、そうだとすると
UV強度∝1/(離した距離)^2
ではなくて
UV強度∝1/(離した距離)
となりますね。

>>とある高校生さんへ
ごめんなさい。関数電卓さんの仰る通りです。
No.72649を直接修正しましたので
再度ご覧下さい。

No.72655 - 2021/02/07(Sun) 00:45:46
この問題の解き方を教えてください / ちゃんぽん
授業だけでは理解ができず、解き方がわからない状態です。
この問題を解くコツがあれば教えていただきたいです。

No.72642 - 2021/02/06(Sat) 13:54:42

Re: この問題の解き方を教えてください / IT
・「解き方がわからない」というよりも問題の意味が分からない。という状態ではないでしょうか?

・O(g) =の右辺を日本語で書くとどうなりますか?

・例えばc=2,あるいは、c=14とするとh[1](n)とc・h[2](n) の大小関係は、それぞれどうなりますか?

・また、h[3]=n^3 とすると、 h[3]∈O(h[2]) になるでしょうか?

No.72645 - 2021/02/06(Sat) 15:05:41

Re: この問題の解き方を教えてください / ちゃんぽん
> 「解き方がわからない」というよりも問題の意味が分からない。という状態ではないでしょうか?
> 例題の紹介がなかったですか?
>
> 例えばc=2,あるいは、c=14とするとh[1](n)とc・h[2](n) の大小関係は、それぞれどうなりますか?
>
> また、h[3]=n^3 とすると、 h[3]∈O(h[2]) になるでしょうか?


たしかにおっしゃる通りです。
例題の紹介はありません。よろしければ、解法を説明していただくと理解を深めることができると思います。

No.72646 - 2021/02/06(Sat) 15:49:13

Re: この問題の解き方を教えてください / IT
・O(g) =の右辺のfの持つべき性質(条件)を日本語で書くとどうなりますか?

・例えばc=2,あるいは、c=14とするとh[1](n)とc・h[2](n) の大小関係は、それぞれどうなりますか?

No.72647 - 2021/02/06(Sat) 16:25:42
(No Subject) / あ
これの⑵のbの値の出し方を教えてください!
No.72639 - 2021/02/06(Sat) 11:22:38

Re: / ヨッシー
αとβは (−1±√3i)/2
x^2+x−b^2=0 の解は
 x={−1±√(1+4b^2)}/2
これは、実数で x=−1/2 に対して対称な2点となるので、
4点A,B,C,Dは図のような配置になります。

 √(1+4b^2)/2=√3/2
より
 1+4b^2=3
これを解いて
 b=±√2/2

No.72641 - 2021/02/06(Sat) 12:37:01

Re: / あ
ありがとうございます!
No.72669 - 2021/02/07(Sun) 17:59:24
(No Subject) / えりか
この問題の解き方を教えてください
No.72635 - 2021/02/05(Fri) 23:28:01

Re: / らすかる
BD:DC=3:2だから△ABD=(3/5)△ABC
よって2等分するためには△ABDの(1/2)÷(3/5)=(5/6)倍になればよいので
ABを1:5に内分する点(4/3,14/3)を通ればよい。
従って(0,12)と(4/3,14/3)を通るy=-(11/2)x+12が求める直線。

No.72636 - 2021/02/06(Sat) 00:33:55
偏微分 / aki
(1)(2)の解き方を教えてください
連鎖律を用いて解く感じですか?
初見の問題のため、解法が思いつかないです。

No.72631 - 2021/02/05(Fri) 00:51:56

Re: 偏微分 / ast
解法がとおっしゃいますが, 端的に言って, 単純な計算問題と言って差し支えない内容だと思います. (1) は, 左辺を真面目に計算すれば
 (右辺) - (左辺)
 = ( ω_1*∂f/∂u_1(ω_1,ω_2,ω_3) +ω_2*∂f/∂u_2(ω_1,ω_2,ω_3) +ω_3*∂f/∂u_3(ω_1,ω_2,ω_3) )^2
 (≥ 0)
のような感じの計算結果になるはず. (2) もちゃんと微分すればこの結果とちゃんと結びつきます.

多変数の微分が出てくることを除けばほかに新しいことはなく (その微分についても連鎖律の公式は既知で), とくに不等式の証明に関しては正攻法 (例えば "(右辺)-(左辺) が 0 以上かどうか調べる" とか "(…)^2 (≥ 0)" の形を利用するとかの, 高校までで既に習ったはずの典型的な手法) で攻めれば済む話なので, これを初見だからどうこうというのは, 何か的外れな印象を受けます.

No.72637 - 2021/02/06(Sat) 09:43:50
数学B / 浜松
先日はお世話になりました。

a,b,cは整数、nは0以上の整数とする。座標空間において
a+b+c=0
|a|+|b|+|c|≦2n
を満たす整数の組(a,b,c)の個数を求めよ。

という問題をお教え下さい。よろしくお願いします。

No.72625 - 2021/02/04(Thu) 18:37:52

Re: 数学B / IT
a,b,c の負のものの個数(0個,1個,2個)で場合分けして数えるのが早いのでは? 
(対称性を利用して場合分けを少なくする)

a+b+c=0 を使って変数の個数を1つ減らす。

パターンは(000)、(++ー)、(+0−)、(+ーー)、で、
 (++ー)と(+ーー)の個数は等しい。

No.72627 - 2021/02/04(Thu) 20:48:39

Re: 数学B / らすかる
別解
a=nのときb+c=-nかつ|b|+|c|≦nなのでb=-n〜0のn+1個
a=n-1のときb+c=-n+1かつ|b|+|c|≦n+1なのでb=-n〜1のn+2個
a=n-2のときb+c=-n+2かつ|b|+|c|≦n+2なのでb=-n〜2のn+3個
・・・
a=1のときb+c=-1かつ|b|+|c|≦2n-1なのでb=-n〜n-1の2n個
a=0のときb+c=0かつ|b|+|c|≦2nなのでb=-n〜nの2n+1個
a<0の場合はa,b,cすべての符号を反転すると考えればa=1〜nの場合と同数
従って全部で2n+1+2Σ[k=n+1〜2n]k=3n^2+3n+1個

No.72630 - 2021/02/04(Thu) 23:41:17

Re: 数学B / 浜松
ITさん
ありがとうございます。早速、教えていただいた指針をもとにチャレンジしてみます!

らすかるさん
詳しい別解ありがとうございます。より深く理解できるよう頑張ります!

No.72634 - 2021/02/05(Fri) 11:45:22
上に有界? / meow
写真の問題についてですが,
lim[x,a+0] (x-a)^β |g(x)| 
が存在して有限ということについて質問なのですが,
そもそも(a,b]において常にa<xなので,
(x-a)^β > 0
|g(x)| > 0
より
(x-a)^β |g(x)| 
は下に有界だと言えると思うのですが,上に有界だということはどのように表せるでしょうか?

No.72622 - 2021/02/04(Thu) 05:01:56

Re: 上に有界? / IT
条件がlim[x,a+0] (x-a)^β |g(x)| が存在して有限ということなので、
lim[x,a+0] (x-a)^β |g(x)| が上下に有界であることは当然であり、改めて示す必要はないと思いますが?

No.72623 - 2021/02/04(Thu) 12:44:59

Re: 上に有界? / meow
ITさん回答ありがとうございます.
わかりました.このまま証明を進めてみます.

No.72628 - 2021/02/04(Thu) 21:47:33

Re: 上に有界? / ast
当然というのには同意ですが,
> 条件がlim[x,a+0] (x-a)^β |g(x)| が存在して有限ということなので、
> lim[x,a+0] (x-a)^β |g(x)| が上下に有界であることは当然

だと, 極限値 lim[x→a+0](x-a)^β|g(x)| の有限性と, 函数 (x-a)^β|g(x)| の半開区間 (a,b] 上 (のとくに x=a の近傍で) の有界性を混同した記述にも読めなくもないので, 少し補足しておきます.

極限 lim[x→a+0](x-a)^β|g(x)| が有限値に確定することを ε-δ で書けば, 任意の ε>0 に対して適当な δ>0 が存在して (a,a+δ) 上では (x-a)^β|g(x)| が所期の極限値+ε よりも小さいことが言えますので, 適当に ε=1 とかに対する δ を何でもいいから一つとります. (この δ が b よりも大きく取れれば話は終わるが, 一般には小さい可能性が消えないので, その場合) あとに残る閉区間 [a+δ,b] 上では函数 (x-a)^β |g(x)| の連続性から, その閉区間上での有界性がしたがいますので, それで半開区間 (a,b] 全体での有界性が出ます (その意味で a 付近での仮定から「当然」言える, ということになります).
# なお, "区間上で連続なら有界" は基本的な事項なので既知と想定しましたが,
# 未知であれば非自明な事項なので要証明です.

もとの問題には手を付けていませんが, 仮定の与え方からして |∫g(x)dx|≤∫|g(x)|dx≤(定数)*∫(x-a)^(1/β)dx のような形で適当に評価する話 (そのために「有界性」に言及した) が解説されているのでしょうね.

No.72629 - 2021/02/04(Thu) 23:34:45

Re: 上に有界? / meow
astさん回答ありがとうございます.
写真のように証明を続けていきたいと思っています.
a付近(a,a+δ)で有界は自明,[a+δ,b]でも有界といえるということでよいでしょうか?

No.72632 - 2021/02/05(Fri) 02:29:56

Re: 上に有界? / ast
すみません, No.72632 の意図がよくわかりません, もし No.72629 の説明で分かりにくいところがあったという意図であればより具体的に箇所を指定してください (ほとんどのそのままなぞれば証明になるので, むしろ書きすぎたかもしれないとすら考えていました).
> 写真のように証明を続けていきたいと思っています.
全く証明に見えないので意図が読み取れません. 具体的にあなたがきちんとした証明だと思える文章の形にして提示して頂ければ意図が分かるかもしれません.
> a付近(a,a+δ)で有界は自明
No.72629 では具体的な上界を根拠を付けて挙げています. 私自身は No.72629 では「自明」とは一言も言っていませんし, むしろこの文脈でいちばん非自明なところだと思います (実際, もし g の定義域が [a,b] だったなら x→a+0 の極限に関する仮定は不要になる).
> [a+δ,b]でも有界といえるということでよいでしょうか?
訊き返している時点で
>> # 未知であれば非自明な事項なので要証明です.
が当てはまるということではないかと邪推しますが…….

No.72638 - 2021/02/06(Sat) 10:21:38

Re: 上に有界? / IT
私の回答は、ast さんのご指摘のとおり、適切でなかった(ナンセンスだった)ので無視してください。
No.72640 - 2021/02/06(Sat) 12:10:24
三角形の面積 / 祐
以下の問題をご教授下さい。

三角形ABCにおいて、AB=x,BC=y,CA=zとする。
(1)y=4,z=4とする。xが4から7までの値をとるとき、三角形ABCの面積の最大値と最小値を求めよ。
(2)x,y,zがいずれも4から7までの値をとるとき、三角形ABCの面積の最大値と最小値を求めよ。

どうぞよろしくお願い致します。

No.72617 - 2021/02/03(Wed) 21:38:49

Re: 三角形の面積 / IT
(1)は、図を描けば見えてくるのでは?
ABを底辺としたときの高さの最大値・最小値を考えるのがよいのでは。
(2)は、x≧y≧z としても一般性を失わないのでこうおいて、
 面積が最大値をとるとき x=7,y=7,z=7であることを順に示せばよいのでは。

No.72618 - 2021/02/03(Wed) 22:51:23
座標 / 並木
高校二年生です。

放物線y=x^2と円x^2+y^2=r^2の第一象限内の交点をPとし、Pにおけるそれぜれの接線とx軸との交点をQ,Rとする。∠QPR=θを最小とする円の半径 rを求めよ、という問題を教えて下さい。

よろしくお願いします。

No.72616 - 2021/02/03(Wed) 21:28:05

Re: 座標 / X
y=x^2 (A)
x^2+y^2=r^2 (B)
とします。

P(X,Y)とすると
Y=X^2 (A)'
X^2+Y^2=r^2 (B)'
0<X,0<Y (C)
又(A)より
y'=2x
∴∠PQR=α(但し0<α<π/2)
とすると
tanα=2X (D)
一方、(B)のPにおける接線の方程式は
Xx+Yy=r^2 (E)
(C)よりY≠0に注意すると
(E)の傾きは
-X/Y=-1/X (∵)(A)'を代入
∴∠PRQ=β(0<β<π/2)
とすると
tanβ=|-1/X|=1/X (F)
更に△PQRの内角により
θ=π-α-β
∴tanθ=-tan(α+β)
=-(2X+1/X)/(1-2X/X) (∵)加法定理
=2X+1/X
∴相加平均と相乗平均の関係から
tanθ≧2√2
(等号成立は2X=1/X、つまりX=1/√2のとき)
よってθが最小となるとき
X=1/√2
これを(A)'に代入して
Y=1/2
∴(B)'から
r^2=1/2+1/4=3/4
となるので
r=(√3)/2

No.72626 - 2021/02/04(Thu) 18:41:37

Re: 座標 / 並木
とても丁寧に教えていただきありがとうございました!
No.72633 - 2021/02/05(Fri) 07:33:27
体積を求める問題 / カラナクシ
こちらの難しい問題を御教授願いたいです。
 
【問題】
?@(x^2)+2(y^2)=3をx軸で360度回転させた領域の体積[V(1)]を求めよ。範囲[ー√3≦x≦√3]
?Ay=(1/4){(x^2)+1}をy=xに対して斜軸で360度回転させた領域の体積[V(2)]を求めよ。範囲[2ー√3≦x≦2+√3]
?B ?@,?Aの重なっている領域の体積[V(3)]を求めよ。
 
この問題の?@,?Aの私が求めた答えは?@(2√3)π,?A{(3√6)/10}πです。しかし、?Bの問題がかなりの時間考えてみたのですが、解法の仕方と答えが分かりませんでした。

No.72613 - 2021/02/03(Wed) 17:09:49
無限級数 / taka
2つの数列{a_n}{b_n}を次の条件(ア)(イ)を満たすように定める。
(ア)a_1=3,b_1=9である。
(イ)整式x^2+(a_n)x+b_nをx-3で割ったときの商がx+a_{n+1}で,余りがb_{n+1} (n=1,2,・・・)
(1)a_nを求めよ。
(2)b_nを求めよ。
(3)S_n=?納k=1→n](2/(9k^2-7k+16))で、極限lim[n→∞]S_nを求めよ。
という問題です。よろしくお願いします。

(1)はa_n=3n (2)b_n=(9/2)n^2-(7/2)n+8
まではできていると思うのですが。(3)ができません。

No.72606 - 2021/02/03(Wed) 08:32:48

Re: 無限級数 / ast
その (3) の極限は, WolframAlphaの結果からしても求まりそうにない気配がするし, そもそもそのままの問題文では ((1),(2) を解いていってもそれに繋がりそうな式や関係式は見えてこないので) 不自然に感じるのですが, 正しく問題の内容を提示されていますか? もし元々の文章から何らかの改変があるなら, 意味のない考察が発生したりするだけなので, やめて欲しいところですが.

# たとえば (3) が, もし "S[n]=?納k=1,…,n] 1/b[k] とおくとき, lim[n→∞] S[n] を求めよ" という問題ならば,
# (1),(2) が正しく解けていれば, 部分分数分解で容易に求まる畳み込み級数の話になります.

No.72611 - 2021/02/03(Wed) 12:02:20

Re: 無限級数 / taka
たいへん失礼いたしました。b_nが間違っていました。お手数をおかけしました。
No.72612 - 2021/02/03(Wed) 15:09:40
体積 / 高3
次の問題を教えて下さい。

xyz空間において平面z=1の上に点A(0,0,1)を中心とする半径1の円Cがある。正四面体PQRSをP,QがC上、R,Sがxy平面上にあるようにつくるとき、この正四面体が存在し得る領域の体積を求めよ。

すみませんが、よろしくお願い致します。

No.72604 - 2021/02/03(Wed) 06:18:36

Re: 体積 / X
方針を。

問題の四面体の1辺の長さをlとします。
今、辺PQ,RSの中点をそれぞれTUとすると
PT=RU=l/2
一方
RT=PRsin∠PRQ=lsin(π/3)
=(√3/2)l
∴△RTUにおいて三平方の定理より
TU=√(RT^2-RU^2)=l/√2
条件より、これが平面z=1とxy平面との間の
距離に等しくなるので
l/√2=1
∴l=√2
よって
(辺PQとz軸との間の距離)=(△OPQの辺PQを底辺と見たときの高さ)
=1/√2
となり、問題は
辺PQ,RSがそれぞれ平面z=1,xy平面にあり
辺PQとz軸との距離が1/√2となるような
1辺の長さが√2である正四面体PQRS
をz軸の周りに回転してできる回転体
の体積を求める
ことに帰着します。
(続く)

No.72605 - 2021/02/03(Wed) 08:31:47

Re: 体積 / X
(続き)
なんだかややこしそうですが、正四面体の対称性から
まだかみ砕くことができます。

円Cの中心をO'とすると、
PQ=√2
O'P=O'Q=1
より△O'PQは直角二等辺三角形
そこで
P(1,0,1),Q(0,0,1)
と取った上で、四面体PQRSの
平面z=k (A)
(0≦k≦1)
による断面を考えてみます。

このとき
T(1/2,1/2,1)
∴U(1/2,1/2,0)
で対称性から
PQ⊥RS
に注意すると結局
R(0,0,0),S(1,1,0)
∴△PQRを含む平面の方程式は
x-y-z=0 ((B)
△PQSを含む平面の方程式は
x+y+z=2 (C)

従って(A)による(B)(C)の断面の直線
の方程式はそれぞれ
x-y-k=0 (B)'
x+y+k=2 (C)'
(B)'(C)'とz軸との間の距離をp,qとすると
(B)'(C)'のxy平面への正射影を考え、
点と直線との間の距離の公式を
使うことにより
p=|-k|/√2=k/√2
q=|k-2|/√2
∴(A)による問題の回転体の断面の同心円の
ドーナツ型の図形の面積をS(k)とすると
S(k)=πq^2-πp^2=(π/2){|k-2|^2-k^2}
=2π(1-k)
∴求める体積をVとすると
V=∫[0→1]S(k)dk=∫[0→1]2π(1-k)dk

となります。

No.72607 - 2021/02/03(Wed) 09:00:06

Re: 体積 / 高3
Xさん
こんなに丁寧に方針と解答を書いていただき、感謝の気持ちでいっぱいです。どうもありがとうございます!
自分なりに考えてはみたものの、時間だけが過ぎていき困っていました。引き続き頑張ります!

No.72621 - 2021/02/04(Thu) 00:39:54
楕円 / 豆まき
以下の問題を教えて下さい。

xyz空間で考える。xy平面上の楕円C:x^2+y^2/4=1がある。yz平面上の点P(0,α,β)から楕円Cを眺めるとき、Cが円周に見えるためのα、βの条件を求めよ。

どうぞよろしくお願いします。

No.72600 - 2021/02/03(Wed) 00:38:40

Re: 楕円 / IT
Pを頂点とする円錐のxy平面による断面が楕円Cになる。ということだと思いますが面倒そうですね。
No.72615 - 2021/02/03(Wed) 21:03:26

Re: 楕円 / らすかる
円錐面x^2+y^2=(z/t)^2(z≧0,t>0)を平面z=ax+b(a>0,b>0)で
切ることを考えます(楕円の長軸は平面y=0上にあるものとします)。
まず長径を求めるために平面y=0と平面z=ax+bの交線である
直線y=0,z=ax+bと円錐面との交点を求めると
(b(a±t)/(t^2-a^2),0,ab(a±t)/(t^2-a^2)+b) (複号同順)
よって長径は
√{{2bt/(t^2-a^2)}^2+{2abt/(t^2-a^2)}^2}
=2bt√(a^2+1)/(t^2-a^2) (∵交線が楕円になるためにはt>a)
これが楕円Cの長径と一致するためには
2bt√(a^2+1)/(t^2-a^2)=4
∴b=2(t^2-a^2)/{t√(a^2+1)}
x^2+y^2=(z/t)^2とz=ax+bからzを消去して
楕円を平面z=0に投影した楕円の式は
{(x-ab/(t^2-a^2))/{bt/(t^2-a^2)}}^2+{y/{b/√(t^2-a^2)}}^2=1
短半径はb/√(t^2-a^2)であり
これが楕円Cの短半径と一致するためには
b/√(t^2-a^2)=1
これにb=2(t^2-a^2)/{t√(a^2+1)}を代入してaについて解くと
a=(√3)t/√(t^2+4)
bの式に代入して整理すると
b=t√(t^2+1)/√(t^2+4)
従って円錐面x^2+y^2=(z/t)^2を
平面z={x√3+√(t^2+1)}t/√(t^2+4)
で切れば切断面が楕円Cと合同になることがわかりました。

原点からz=ax+bに下した垂線の足は(-ab/(a^2+1),0,b/(a^2+1))
この点から原点までの距離は
√{{-ab/(a^2+1)}^2+{b/(a^2+1)}^2}=b/√(a^2+1)
楕円の中心(ab/(t^2-a^2),0,bt^2/(t^2-a^2))までの距離は
√{{ab/(t^2-a^2)+ab/(a^2+1)}^2+{bt^2/(t^2-a^2)-b/(a^2+1)}^2}
=ab(t^2+1)/{(t^2-a^2)√(a^2+1)}
よって問題の座標系に直すと
α=ab(t^2+1)/{(t^2-a^2)√(a^2+1)},β=b/√(a^2+1)
これにa=(√3)t/√(t^2+4),b=t√(t^2+1)/√(t^2+4)を代入してa,bを消去すると
α=√{3(t^2+4)}/2,β=t/2
tを消去すると、求める式は
α^2=3(β^2+1)

# 計算には自信がありませんが、
# 結構綺麗な答えになったので合っていそうな気がします。
# 答えが綺麗なので、おそらくうまい解き方をすれば
# もっと簡単な計算で出せるのでしょうね。

No.72620 - 2021/02/03(Wed) 23:42:24

Re: 楕円 / 豆まき
らすかるさん
どうもありがとうございます!
大変お世話になりました。解説していただいたものを、まずはきちんと理解できるように頑張ります!
ITさんもありがとうございました。

No.72624 - 2021/02/04(Thu) 18:32:33

Re: 楕円 / 黄桃
かなり予備知識がいるのでどうしようかと思いましたが、参考までに幾何学的考察を使った解法を示します。
まず、円錐の切断面と楕円の関係については、例えば、
http://www.shimanet.ed.jp/minami/link/homepage-naga005/grapes-001/ensuisetsudan015.pdf
を参照してください。

このように円錐の断面が楕円になる場合、楕円と円錐両方に接する球を考えると、この球は2つの焦点で楕円面と接します。
ららすかるさんがやったように、x=0 の平面で切れば、楕円は、2点A(2,0),B(-2,0)となり、焦点は(±√3,0)になります。
元の円錐と楕円に接する2つの球は、1つは△PABの内接円(中心は球と同じ)、もう1つは△PABの傍心円の1つ(こちらの中心も元の球と同じ)となります。
逆にyz平面でこうなっていれば、x軸回りに回転させることで、問題の条件をみたすことになりますので、以下この平面上で考えます。

△PABの内接円が、ABとD(√3,0)で接するとは、AD=2-√3 ということです(接点が(-√3,0)になる場合はAD=2+√3)。傍心円の場合も同様です。
このような時は、
https://mathtrain.jp/boushin
にあるように、
BD=(AB-PA+PB)/2
DA=(AB+PA-PB)/2
という関係にあり、傍心円の場合も(Dとは異なる焦点EとすればAE=2+√3、AD=2+√3 ならAE=2-√3)同様の関係式が出てきます。
PA=a,PB=bとして、AD=2-√3, AE=2+√3 を代入すれば、(4+a-b)/2=2+√3 が出てきます。A,Bを入れ替えたり、Dを(-√3,0)にしたりすると、いずれの場合も、結局 |a-b|=2√3 と同値になります。
つまり、(2,0)と(-2,0)からの距離の差が2√3 であるような点の集合が求めるものです。

(例えば、
https://math.nakaken88.com/textbook/basic-hyperbola-focus-x/
にあるように)これはx軸上で、(2,0),(-2,0)を焦点とする双曲線を意味しますのでα^2/3-β^2=1 となり、らすかるさんと同じ結果がでてきます。

#ただ、現実的には、β=0 の場合、つまり、焦点の位置から楕円を「みて」円に見える、とは思えない、とか、
#もっと一般に、視野角、つまり、PAとPBのなす角、に制限があるべきではないのか、とか疑問はあります。

No.72648 - 2021/02/06(Sat) 16:40:29
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