間違えている点をご指摘ください。
1辺の長さが2の立方体の中心をOとする。この立方体の表面および内部の点Pで、OPの長さがPから正方形の各面に下ろした垂線の長さより長くないという条件を満たすもの全体がつくる立体の体積Vを求めよ。
立方体をABCD-EFGHとし、A(1,1,1)、B(-1,1,1)、C(-1,-1,1)、D(1,-1,1)、E(1,1,-1)、F(-1,1,-1)、G(-1,-1,-1)、H(1,-1,-1)とします。図形の対称性から、P(x,y,z)は立方体のx≧0、y≧0、z≧0にあるとします。これは求めるVの1/8です。さらにx≧y≧zと仮定します。これは求める体積の1/8のさらに1/6です。結局、0≦z≦y≦x≦1の部分で、題意を満たすPの存在領域の体積を48倍したものがVになります。
題意と先に導入した不等式の関係から、点PはOP≦1-xを満たすように動きます。よって、√(x^2+y^2+z^2)≦1-xです。両辺性は自明なので、2乗しても同値性は崩れず、y^2+z^2≦1-2xです。
z=k(0≦k≦1)での切り口を考えます。
x≦1/2-k^2/2-y^2/2かつ0≦k≦y≦x≦1を満たす(x,y)がz=kでの切り口になります。
x=1/2-k^2/2-y^2/2とy=xの交点のy座標はy≧0に注意して、y=-1+√(2-k^2)です。切り口が存在するためには、k≦-1+√(2-k^2)でなければならず、これによりkの範囲は0≦k≦(-1+√3)/2となります。このもとで、切り口の面積S(k)はS(k)=∫[k,-1+√(2-k^2)](1/2-k^2/2-y^2/2-y)dy=-5/6-k/2+k^2+2k^3/3+2√(2-k^2)/3-k^2√(2-k^2)/3となります。よって、V=∫[0,(-1+√3)/2]s(k)dkをあとはひたすら計算して、V=2π+10-9√3になりました。
ところが解答は3π/2+16-8√3となっていて、何度計算し直しても一向に答えが合いません。どこを間違えているのでしょうか。訂正方法とともに教えてください。よろしくお願いします。
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No.57009 - 2019/03/04(Mon) 01:38:16
| ☆ Re: 体積 / らすかる | | | 昔この問題を解いた時の記録を見たところ、2π+10-9√3で正解です。また解答の間違いですね。
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No.57010 - 2019/03/04(Mon) 02:37:05 |
| ☆ Re: 体積 / noname | | | No.57022 - 2019/03/04(Mon) 20:49:40 |
| ☆ Re: 体積 / 瑠璃 | | | No.57043 - 2019/03/06(Wed) 03:46:25 |
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