媒介変数表示された曲線 $C: \begin{cases} x = 3\cos t \\ y = 3\sin t \end{cases} (0 \le t \le 2\pi)$ の長さを求める問題です。

解析学曲線長さ媒介変数表示積分
2025/8/9

1. 問題の内容

媒介変数表示された曲線 C:{x=3costy=3sint(0t2π)C: \begin{cases} x = 3\cos t \\ y = 3\sin t \end{cases} (0 \le t \le 2\pi) の長さを求める問題です。

2. 解き方の手順

曲線の長さ LL は、媒介変数表示された曲線に対して、次の公式で計算できます。
L=ab(dxdt)2+(dydt)2dtL = \int_a^b \sqrt{\left(\frac{dx}{dt}\right)^2 + \left(\frac{dy}{dt}\right)^2} dt
ここで、aabb は媒介変数 tt の範囲を表します。
まず、xxyytt で微分します。
dxdt=3sint\frac{dx}{dt} = -3\sin t
dydt=3cost\frac{dy}{dt} = 3\cos t
次に、(dxdt)2+(dydt)2\left(\frac{dx}{dt}\right)^2 + \left(\frac{dy}{dt}\right)^2 を計算します。
(dxdt)2+(dydt)2=(3sint)2+(3cost)2=9sin2t+9cos2t=9(sin2t+cos2t)=9\left(\frac{dx}{dt}\right)^2 + \left(\frac{dy}{dt}\right)^2 = (-3\sin t)^2 + (3\cos t)^2 = 9\sin^2 t + 9\cos^2 t = 9(\sin^2 t + \cos^2 t) = 9
したがって、
(dxdt)2+(dydt)2=9=3\sqrt{\left(\frac{dx}{dt}\right)^2 + \left(\frac{dy}{dt}\right)^2} = \sqrt{9} = 3
最後に、積分を計算します。tt の範囲は 00 から 2π2\pi です。
L=02π3dt=302πdt=3[t]02π=3(2π0)=6πL = \int_0^{2\pi} 3 dt = 3 \int_0^{2\pi} dt = 3 [t]_0^{2\pi} = 3(2\pi - 0) = 6\pi

3. 最終的な答え

L=6πL = 6\pi
よって、画像の空欄に当てはまる数字は6です。

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