2008年問題4です。誘導にそって計算していく問題です。

計算自体は基本的なものです。難度は問1(標準),問2問3(やや易)です。

 

2022/09/04 文章を一部修正しました。

 

2022/08/14 数値を訂正しました.

 

 

 

  よくあるタイプの問題です。正確に計算する力が試されます。

 

  せっかくですから,wxMaximaでどのような図になるか描いてみます。

 このようなグラフになります。xが極値をとる点が1つ,yが極値をとる点が2つあることがわかります。また,求める面積は縦の点線から左の部分であることもわかります。

 

 

 まず,問1ですが,x,yをtで微分します。

 

      

      

 

となるので,xは,

 

      

 

で極値をとり,yは,

 

      

 

で極値をとることがわかります。

 

 

  また,コサインの値は0~πでは角が大きいほど値が小さく,b と c は b の方が

小さい(最初にyの極大値をとる)ことがわかります。

 

 よって,

 

    

          

 

がなりたつので,

                  

であることがわかります。

 

 

 問2は普通に不定積分します。

 

        

      

      

 

となります(Cは積分定数)。

 

 

 さて,問3ですが,

 

  t=π/3のとき,x=0,y=√3,

 

   t=2π/3のとき,x=-1,y=0 (x軸との交点,(2,0)もx軸上)

 

となるので,t=πからπ/3まで問2の積分を実行すればよいのですが,

 

一応,x,yを用いた定積分の式を書いて,それをtで置換した形に置き換えるほうが

 

(記述式答案としては)よいでしょう。

 

 つまり,

 

   

    

 

 あとは,問2で計算した不定積分を使って計算するだけです。

 

       

 

となります。

 

 教科書の媒介変数表示と面積の応用例題レベルの知識と,傍用問題集で練習を積んでいるなら,楽に解くことできる問題でした。