問題は2つあります。 1つ目の問題は、与えられた図形を$x$軸の周りに1回転させてできる立体の体積を求める問題です。ただし、問題文に図形が明示されておらず、答えのみが与えられています($\frac{16}{15}\pi$)。 2つ目の問題は、曲線 $y = x^2 - x + 1$ に原点から引いた2本の接線と曲線自身で囲まれた部分の面積を求める問題です。 以下、2つ目の問題を解きます。

解析学積分接線面積
2025/7/9

1. 問題の内容

問題は2つあります。
1つ目の問題は、与えられた図形をxx軸の周りに1回転させてできる立体の体積を求める問題です。ただし、問題文に図形が明示されておらず、答えのみが与えられています(1615π\frac{16}{15}\pi)。
2つ目の問題は、曲線 y=x2x+1y = x^2 - x + 1 に原点から引いた2本の接線と曲線自身で囲まれた部分の面積を求める問題です。
以下、2つ目の問題を解きます。

2. 解き方の手順

まず、曲線 y=x2x+1y = x^2 - x + 1 上の点 (t,t2t+1)(t, t^2 - t + 1) における接線を求めます。
y=2x1y' = 2x - 1 なので、接線の傾きは 2t12t - 1 となります。
したがって、接線の方程式は
y(t2t+1)=(2t1)(xt)y - (t^2 - t + 1) = (2t - 1)(x - t)
整理すると、
y=(2t1)xt2+1y = (2t - 1)x - t^2 + 1
この接線が原点を通る条件は、 x=0x = 0, y=0y = 0 を代入して、
0=t2+10 = - t^2 + 1
これを解くと t=±1t = \pm 1 となります。
したがって、2つの接線は
y=xy = x (when t=1t = 1)
y=3xy = -3x (when t=1t = -1)
となります。
次に、曲線 y=x2x+1y = x^2 - x + 1 と接線 y=xy = x の交点を求めます。
x2x+1=xx^2 - x + 1 = x より、 x22x+1=0x^2 - 2x + 1 = 0 となり、 (x1)2=0(x - 1)^2 = 0 なので x=1x = 1 です。
同様に、曲線 y=x2x+1y = x^2 - x + 1 と接線 y=3xy = -3x の交点を求めます。
x2x+1=3xx^2 - x + 1 = -3x より、 x2+2x+1=0x^2 + 2x + 1 = 0 となり、 (x+1)2=0(x + 1)^2 = 0 なので x=1x = -1 です。
次に、2つの接線の交点を求めます。
x=3xx = -3x より x=0x = 0 となります。したがって、交点は (0,0)(0, 0) です。
求める面積は、
10(x2x+1(3x))dx+01(x2x+1x)dx\int_{-1}^{0} (x^2 - x + 1 - (-3x)) dx + \int_{0}^{1} (x^2 - x + 1 - x) dx
=10(x2+2x+1)dx+01(x22x+1)dx= \int_{-1}^{0} (x^2 + 2x + 1) dx + \int_{0}^{1} (x^2 - 2x + 1) dx
=10(x+1)2dx+01(x1)2dx= \int_{-1}^{0} (x + 1)^2 dx + \int_{0}^{1} (x - 1)^2 dx
=[13(x+1)3]10+[13(x1)3]01= [\frac{1}{3}(x + 1)^3]_{-1}^{0} + [\frac{1}{3}(x - 1)^3]_{0}^{1}
=13(10)+13(0(1))= \frac{1}{3}(1 - 0) + \frac{1}{3}(0 - (-1))
=13+13=23= \frac{1}{3} + \frac{1}{3} = \frac{2}{3}

3. 最終的な答え

23\frac{2}{3}

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