質問<787>
「「面積を求める」」
日付 2002/2/19
質問者 t2


実数x、yが(x^2)+(y^2)<=8を満たす時、
X=x+y、Y=(x^2)+(y^2)-8
とするとき、点(X,Y)の存在する領域の面積を求めよ。

という問題がわかりません。
よかったら明日ぐらいまでにしりたいんですが。

お返事(武田)
日付 2002/2/21
回答者 武田
\(x^{2}+y^{2}\leq 8\)
NAMO_EQN__ 160 1 x^{2}+y^{2}\leq 8
の点(x,y)に対して、
\(X=x+y\)
NAMO_EQN__ 160 1 X=x+y
Y=x
2
+y
2
-8
によって、変換した点(X,Y)が描く領域はどうなるか
プログラムを作り、グラフ化してみました。




左が元の(x,y)で、右が移った先の(X,Y)です。

グラフから見ると、 \(Y=\frac{1}{2}X^{2}-8\) となるようです。

式変形でこの式が出てこないかと、検討しましたが、

\(Y-X^{2}=-8-2xy\)

となり、xyの項が消えないので、同僚の茂呂先生にアドバイスを求めた

ところ、これは受験テクニックでやり方があることを教えてもらいました。

 

変形して、 \(xy=\frac{1}{2}(X^{2}-Y-8)\)

\(X=x+y\)
NAMO_EQN__ 160 1 X=x+y
と一緒に考えて、解の和と積と係数の関係より、
\(t^{2}-Xt+\frac{1}{2}(X^{2}-Y-8)=0\)
NAMO_EQN__ 160 1 t^{2}-Xt+\frac{1}{2}(X^{2}-Y-8)=0
x,yの解が存在する範囲で、上の式の判別式D≧0より、
\(D=X^{2}-4\cdot \frac{1}{2}(X^{2}-Y-8)\geq 0\)
NAMO_EQN__ 160 1 D=X^{2}-4\cdot \frac{1}{2}(X^{2}-Y-8)\geq 0
\(X^{2}-2X^{2}+2Y+16\geq 0\)
NAMO_EQN__ 160 1 X^{2}-2X^{2}+2Y+16\geq 0

\(Y=\frac{1}{2}X^{2}-8\)
NAMO_EQN__ 160 1 Y=\frac{1}{2}X^{2}-8
したがって、領域の面積は積分で求めると、
\(S=-\int ^{4}_{-4}(\frac{1}{2}X^{2}-8)dX=-\left[\)
NAMO_EQN__ 160 1 S=-\int ^{4}_{-4}(\frac{1}{2}X^{2}-8)dX=-\left[ \frac{1}{6}X^{3}-8X\right] ^{4}_{-4}=\frac{128}{3}
………(答)