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。