アステロイドっててっきり小惑星帯かと思ってました。
そうしたら、x=a*co\(s^{3}\)t,y=a*si\(n^{3}\)t
の媒介変数で表せるとげとげの図形らしいのです。
周囲の長さ、面積、回転体の体積を出せという問題が
出ているのですが、さてどうすればよろしいでしょうか。
3倍角の公式を使ってみたり、いろいろやってみたのですが情けない事
に歯が立たないのです。
よろしくお願いいたします。
アステロイドっててっきり小惑星帯かと思ってました。
そうしたら、x=a*co\(s^{3}\)t,y=a*si\(n^{3}\)t
の媒介変数で表せるとげとげの図形らしいのです。
周囲の長さ、面積、回転体の体積を出せという問題が
出ているのですが、さてどうすればよろしいでしょうか。
3倍角の公式を使ってみたり、いろいろやってみたのですが情けない事
に歯が立たないのです。
よろしくお願いいたします。

①周囲の長さは線積分より、
π/2 dx dy
L=4∫ \(\sqrt{\quad}\){(――)2 +(――)2 }dt
0 dt dt
{x=acos3 t
{y=asin3 t
tで微分して、
dx
――=a・3cos2 t・(-sint)=-3asintcos2 t
dt
dy
――=a・3sin2 t・cost=3asin2 tcost
dt
dx dy
\(\sqrt{\quad}\){(――)2 +(――)2 }
dt dt
=\(\sqrt{\quad}\)(9a2 sin2 tcos4 t+9a2 sin4 cos2 t)
=\(\sqrt{\quad}\){9a2 sin2 tcos2 t(cos2 t+sin2 t)}
=3asintcost
3a
=――sin2t
2
π/2 3a π/2
L=4∫ ――sin2tdt=6a∫ sin2tdt
0 2 0
-cos2t π/2
=6a[―――――]
2 0
1 1
=6a{―-(-―)}=6a………(答)
2 2
②③は、Hoshinoさんの解答をご覧ください。
asteroid っていうのはギリシャ語の「星」から来ているのですよ。
アスターっていう花があるでしょ ? あとアストロノートとか。
d\(\frac{x}{d}\)t = -3a co\(s^{2}\) t sin t,
d\(\frac{y}{d}\)t = 3a si\(n^{2}\) t cos t.
故に
d\(x^{2}\) + d\(y^{2}\)
= (3a\()^{2}\) (co\(s^{4}\) t si\(n^{2}\) t + si\(n^{4}\) t co\(s^{2}\) t)d\(t^{2}\)
= (3a co\(s^{2}\) t si\(n^{2}\) t\()^{2}\) (co\(s^{2}\) t + si\(n^{2}\) t)d\(t^{2}\)
= (3a co\(s^{2}\) t si\(n^{2}\) t dt\()^{2}\).
あとは頑張れば周の長さが出るでしょう。
面積は
y dx = 3a si\(n^{3}\) t ×3a si\(n^{2}\) t cos t dt
= 9a si\(n^{5}\) t cos t dt.
ここで s = sin t と変換すれば ds = cos t dt ですから
y dx = 9a \(s^{5}\) ds.
あとは出来るでしょう。
回転体の体積についても
π\(y^{2}\) dx
= π×9\(a^{2}\) si\(n^{6}\) t × 3a si\(n^{2}\) t cos t dt
= 27π\(a^{3}\) si\(n^{8}\) t cos t dt
ですが, 面積の時と同じ置換をすれば出来ますね。