はい、承知いたしました。問題を一つずつ解いていきます。

解析学定積分面積二次関数グラフ
2025/7/4
はい、承知いたしました。問題を一つずつ解いていきます。
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1. 問題の内容**

問題22.2は、与えられた曲線をxy平面上に図示し、指定された条件(x軸、y軸との囲まれた部分)で囲まれた部分の面積を求める問題です。
(1) 曲線 y=2x2+4xy = -2x^2 + 4x と x軸によって囲まれる部分の面積を求めます。
(2) 曲線 y=x22x3y = x^2 - 2x - 3 と x軸によって囲まれる部分の面積を求めます。
(3) 曲線 y=x2x+6y = -x^2 - x + 6 (x0x \geq 0) と x軸、および y軸によって囲まれる部分の面積を求めます。
(4) 曲線 y=x24x+4y = x^2 - 4x + 4 と x軸、および y軸によって囲まれる部分の面積を求めます。
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2. 解き方の手順**

各問題について、以下の手順で解いていきます。

1. 曲線とx軸(またはx軸とy軸)との交点を求めます。これは、方程式を解くことで求められます。

2. 囲まれた部分の面積を求めるために定積分を行います。x軸より下の部分は符号が負になるため、絶対値を取るか、積分区間を分けて計算する必要があります。

(1) y=2x2+4xy = -2x^2 + 4x
* x軸との交点を求める: 2x2+4x=0-2x^2 + 4x = 0 を解きます。
2x(x2)=0-2x(x - 2) = 0 より、x=0,2x = 0, 2
* 面積を求める:
S=02(2x2+4x)dx=[23x3+2x2]02=163+8=83S = \int_{0}^{2} (-2x^2 + 4x) dx = \left[ -\frac{2}{3}x^3 + 2x^2 \right]_{0}^{2} = -\frac{16}{3} + 8 = \frac{8}{3}
(2) y=x22x3y = x^2 - 2x - 3
* x軸との交点を求める: x22x3=0x^2 - 2x - 3 = 0 を解きます。
(x3)(x+1)=0(x - 3)(x + 1) = 0 より、x=1,3x = -1, 3
* 面積を求める: x22x3x^2 - 2x - 3はx軸の下にあるので、絶対値を付けて積分します。
S=13(x22x3)dx=[13x3x23x]13=[(999)(131+3)]=(953)=9+53=323S = -\int_{-1}^{3} (x^2 - 2x - 3) dx = -\left[ \frac{1}{3}x^3 - x^2 - 3x \right]_{-1}^{3} = -\left[ (9 - 9 - 9) - (-\frac{1}{3} - 1 + 3) \right] = -(-9 - \frac{5}{3}) = 9 + \frac{5}{3} = \frac{32}{3}
(3) y=x2x+6y = -x^2 - x + 6 (x0x \geq 0)
* x軸との交点を求める: x2x+6=0-x^2 - x + 6 = 0 を解きます。
x2+x6=0x^2 + x - 6 = 0
(x+3)(x2)=0(x + 3)(x - 2) = 0 より、x=3,2x = -3, 2x0x \geq 0 なので、x=2x = 2
* y軸との交点を求める: x=0x = 0 のとき、y=6y = 6
* 面積を求める:
S=02(x2x+6)dx=[13x312x2+6x]02=832+12=1083=223S = \int_{0}^{2} (-x^2 - x + 6) dx = \left[ -\frac{1}{3}x^3 - \frac{1}{2}x^2 + 6x \right]_{0}^{2} = -\frac{8}{3} - 2 + 12 = 10 - \frac{8}{3} = \frac{22}{3}
(4) y=x24x+4y = x^2 - 4x + 4
* x軸との交点を求める: x24x+4=0x^2 - 4x + 4 = 0 を解きます。
(x2)2=0(x - 2)^2 = 0 より、x=2x = 2
* y軸との交点を求める: x=0x = 0 のとき、y=4y = 4
* 面積を求める: 曲線はx軸に接するため、0から2まで積分します。
S=02(x24x+4)dx=[13x32x2+4x]02=838+8=83S = \int_{0}^{2} (x^2 - 4x + 4) dx = \left[ \frac{1}{3}x^3 - 2x^2 + 4x \right]_{0}^{2} = \frac{8}{3} - 8 + 8 = \frac{8}{3}
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3. 最終的な答え**

(1) 83\frac{8}{3}
(2) 323\frac{32}{3}
(3) 223\frac{22}{3}
(4) 83\frac{8}{3}

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