何度計算しても答えが合いません。私の解答はどこが間違えているのでしょうか。間違えている箇所と訂正の仕方を教えてください。
点Oを原点とする座標空間内で、一辺の長さが1の正三角形OPQを動かす。 点Qが平面x=0上を動くとき、辺OPが通過しうる範囲をKとする。Kの体積を求めよ。
P(√3/2,0,1/2)、Q(0,0,1)とします。Kは辺OPをx軸の周りに回転してできる円錐をz軸の周りに回転してできる立体です。
辺OPをx軸の周りに回転してできる円錐の方程式はy2+z2=x2/3(0≦x≦√3/2)です。
z=k(-1/2≦k≦1/2)での切り口を考えます。x2/3-y2=k2(0≦x≦√3/2)という双曲線の一部がでてきます。これをxy平面に正射影し、そのxy平面の原点の周りに回転したものが、Kのz=kでの切り口になります。これはA(√3/2,√(1/4-k2),k)、B(√3k,0,k)、C(0,0,k)としたとき、ACを半径とする円からBCを半径とする円をくり抜いたドーナツ状の図形なので、切り口の面積はπAC2-πBC2より、π(1-4k2)です。これをkの範囲で積分して2π/3ともとまります。
どこがおかしいでしょうか。よろしくお願いします。
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No.56735 - 2019/02/13(Wed) 13:56:41
| ☆ Re: 体積 / らすかる | | | > P(√3/2,0,1/2)、Q(0,0,1)とします。Kは辺OPをx軸の周りに回転してできる円錐をz軸の周りに回転してできる立体です。
これが違うのでは? 「辺OPをx軸の周りに回転してできる円錐をz軸の周りに回転してできる立体」は z軸に関して回転対称でありx軸、y軸に関して回転対称ではありませんが、 Qが平面x=0上を動くということはQはx軸の周りをまわるのですから x軸に関して回転対称にならないとおかしいと思います。 つまりOPをz軸の周りに回転して円錐面を作り、それをx軸の周りに 回転しなければいけないと思います。 実際、例えばQ(0,√3/2,1/2)、P(0,0,1)となる点は求める立体に含まれますが、 「P(√3/2,0,1/2)、Q(0,0,1)としてOPをx軸の周りに回転してきる円錐をz軸の周りに回転」しても P(0,0,1)は含まれないですね。
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No.56736 - 2019/02/13(Wed) 14:37:50 |
| ☆ Re: 体積 / 瑠璃 | | | 御回答ありがとうございます。
>z軸の周りに回転して円錐面を作り、それをx軸の周りに 回転
x軸の周りに回転させた円錐をz軸の周りに回転させた図形とz軸の周りに回転させた円錐をx軸の周りに回転させた図形は、回転させる順番が違うだけで、同じ図形になるような気がするんですが、私が考えた回転体はどこが違うのかよくわからないです。
ところで点PがP(0,0,1)となることはありえなくないですか。
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No.56761 - 2019/02/14(Thu) 20:21:11 |
| ☆ Re: 体積 / らすかる | | | > x軸の周りに回転させた円錐をz軸の周りに回転させた図形と > z軸の周りに回転させた円錐をx軸の周りに回転させた図形は、 > 回転させる順番が違うだけで、同じ図形になるような気がする > んですが、私が考えた回転体はどこが違うのかよくわからないです。
P(√3/2,0,1/2)ならば、OP上のどの点も0≦z≦1/2の範囲にありますよね。 すると、これをまずx軸の周りに回転するとzの範囲は-1/2≦z≦1/2となります。 そしてこれをz軸の周りに回転してもzの範囲は増えませんので 結果としてできる立体は-1/2≦z≦1/2の範囲に収まっていますね。
一方、先にz軸の周りに回転すると、例えば90°回転したときに (0,√3/2,1/2)という点になりますね。 これは平面x=0上にあり原点からの距離が1の点ですから、 この点をx軸の周りに1回転すれば当然(0,0,1)も通ります。 つまり立体のz方向の範囲が-1≦z≦1の範囲になるわけですから、 上の回転方法とは異なる立体になりますね。
> ところで点PがP(0,0,1)となることはありえなくないですか。
なぜですか? O(0,0,0),P(0,0,1),Q(0,√3/2,1/2)は OP=PQ=QO=1でQは平面x=0上にありますので、条件を満たしています。 従ってPは(0,0,1)を通りますので、立体は(0,0,1)を含まなければなりません。
# 回転した立体のイメージは想像できていますか? # P(√3/2,0,1/2)はx軸上の点(√3/2,0,0)から1/2だけ離れた点であり、 # OPはx軸と30°の角度となっています。 # これをx軸の周りに回転すると、軸をx軸として原点が頂点である # 円錐(※)(横から見ると頂角60°)となり、これをz軸の周りに回転すると # 厚さ1の円盤の中心を薄くしたような形になりますよね。 # 先にz軸の周りに回転した場合は、まず # 横からみて頂角120°である「低くてすそ野が広い山(を逆さにしたもの)」 # のような円錐となり、これをx軸の周りに回転すると「原点中心半径1の球」から # (※)の円錐をx軸の正負両方向から取り除いた形、つまり「穴が二つある球」 # のような形になります。
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No.56767 - 2019/02/15(Fri) 01:06:55 |
| ☆ Re: 体積 / 瑠璃 | | | 御回答ありがとうございます。やっと納得できました。
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No.56784 - 2019/02/16(Sat) 03:53:04 |
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