曲線 $y = -x^2 + 1$ と直線 $x = 2$ および $x$軸で囲まれた部分の面積 $S$ を求める問題です。ただし、図から判断すると、求める面積は、曲線と$x$軸の間($x=0$から$x=1$まで)の部分と、曲線、$x$軸、直線$x=2$で囲まれた部分($x=1$から$x=2$まで)の和であると解釈します。

解析学積分面積定積分二次関数
2025/4/30

1. 問題の内容

曲線 y=x2+1y = -x^2 + 1 と直線 x=2x = 2 および xx軸で囲まれた部分の面積 SS を求める問題です。ただし、図から判断すると、求める面積は、曲線とxx軸の間(x=0x=0からx=1x=1まで)の部分と、曲線、xx軸、直線x=2x=2で囲まれた部分(x=1x=1からx=2x=2まで)の和であると解釈します。

2. 解き方の手順

まず、曲線 y=x2+1y = -x^2 + 1xx 軸との交点を求めます。y=0y = 0 とおくと、x2+1=0-x^2 + 1 = 0 より、x2=1x^2 = 1 となり、x=±1x = \pm 1 です。求める範囲はx=0x=0からx=2x=2までなので、x=1x=-1は考慮しません。
次に、面積を求めます。求める面積は、以下の二つの積分に分けることができます。
(1) x=0x = 0 から x=1x = 1 までの積分:
S1=01(x2+1)dxS_1 = \int_0^1 (-x^2 + 1) dx
(2) x=1x = 1 から x=2x = 2 までの積分:
S2=12x2+1dx=12(x21)dxS_2 = \int_1^2 |-x^2 + 1| dx = \int_1^2 (x^2 - 1) dx
S1S_1 を計算します。
S1=01(x2+1)dx=[x33+x]01=13+1(0)=23S_1 = \int_0^1 (-x^2 + 1) dx = \left[-\frac{x^3}{3} + x\right]_0^1 = -\frac{1}{3} + 1 - (0) = \frac{2}{3}
S2S_2 を計算します。
S2=12(x21)dx=[x33x]12=(832)(131)=83213+1=731=43S_2 = \int_1^2 (x^2 - 1) dx = \left[\frac{x^3}{3} - x\right]_1^2 = \left(\frac{8}{3} - 2\right) - \left(\frac{1}{3} - 1\right) = \frac{8}{3} - 2 - \frac{1}{3} + 1 = \frac{7}{3} - 1 = \frac{4}{3}
求める面積 SS は、S1+S2S_1 + S_2 です。
S=S1+S2=23+43=63=2S = S_1 + S_2 = \frac{2}{3} + \frac{4}{3} = \frac{6}{3} = 2

3. 最終的な答え

求める面積は 2 です。

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