連立不等式 $x-y-1 \le 0$, $x+y-1 \ge 0$, $x^2 + y^2 \le 2x$ の表す領域の面積を求める問題です。

幾何学不等式領域面積直線
2025/5/18

1. 問題の内容

連立不等式 xy10x-y-1 \le 0, x+y10x+y-1 \ge 0, x2+y22xx^2 + y^2 \le 2x の表す領域の面積を求める問題です。

2. 解き方の手順

まず、それぞれの不等式が表す領域を考えます。
1つ目の不等式 xy10x-y-1 \le 0 は、yx1y \ge x-1 を意味し、直線 y=x1y=x-1 の上側の領域を表します。
2つ目の不等式 x+y10x+y-1 \ge 0 は、yx+1y \ge -x+1 を意味し、直線 y=x+1y=-x+1 の上側の領域を表します。
3つ目の不等式 x2+y22xx^2 + y^2 \le 2x は、x22x+y20x^2 - 2x + y^2 \le 0 と変形できます。さらに平方完成して (x1)2+y21(x-1)^2 + y^2 \le 1 となり、これは中心 (1,0)(1,0)、半径 11 の円の内部(円周も含む)を表します。
したがって、求める領域は、
yx1y \ge x-1
yx+1y \ge -x+1
(x1)2+y21(x-1)^2 + y^2 \le 1
をすべて満たす領域です。
次に、これらの不等式が表す領域を図示します。
直線 y=x1y=x-1 と直線 y=x+1y=-x+1 の交点を求めると、
x1=x+1x-1 = -x+1 より 2x=22x=2 となり x=1x=1。このとき y=0y=0。よって交点は (1,0)(1,0) です。
また、円の中心 (1,0)(1,0) は、2つの直線の交点と一致しています。
これらの直線の交点と、円の中心が一致するため、この円は2つの直線によって、ちょうど半分に分割されます。
求める領域の面積は、半円の面積に等しくなります。
円の半径は 11 なので、円全体の面積は π12=π\pi \cdot 1^2 = \pi です。したがって、半円の面積は π2\frac{\pi}{2} です。

3. 最終的な答え

π2\frac{\pi}{2}

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