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積分

    ひる (id: 1339) (2023年11月14日14:54)
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    積分の問題です。 求めたい面積を積分して最大値を求めようと試みました。答えがないため困っています。 質問 1. 方針は正しいでしょうか。 2. 積分する際、Sが最大値をとるとき(a,b)は第一象限にあると考え、その前提で積分を行いましたが、その記述方法がわかりません。第二象限にあるときとで場合分けをすべきなのでしょうか。 3.(積分結果が正しかった場合)、abの最大値を求める方法を教えてください。 私は、(a,b)がy=-x²+1上にある前提で(記述の仕方はわからず)、b=-a²+1とし、 ab=a(-a²+1)=-a³+aとして微分して最大値を求めたところ、a=1/√3 のとき、4(√3+3)/9 という答えになりました。

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    回答

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2023年11月14日16:51)
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    ひるさん、こんにちは。お久しぶりですね! さて、 1.あなたのノートを見て、その4つの定積分の和や差でSになるのかわかりません。というか、ならないんじゃないかなぁ。 領域Eは、点(a,b)の右上と左下の部分ですよね。 それと領域Dとの共通部分ですよね。 共通部分は点(a,b)の右上で放物線の下側が①、点(a,b)の左下の部分は直線x=ー√(1-b)で2つに分かれ、それぞれを②③として求め、①②③の合計がSになります。でも、いまやってみていますが、いろいろな分け方が考えられて、一長一短です。お好きな分け方でどうぞ!それにしても、計算が大変ですね。なにか工夫を見つけられないか? 2.「Sが最大値をとるとき(a,b)は第一象限にあると考え」はまずいかな。全体の図形が左右対称なら、そう決めてやっても大丈夫だと思いますが、Eが左右対称ではないので、やはり、どの象限にあるかは決めかねますね。でも第1象限でも第2象限でも同じ式で行けると思いますので、場合を分けなくても大丈夫かな。 3.積分した結果がa,bの2つの変数で表された場合は、大学生なら偏微分というのをやりますが、高校生なら、まずはbの値を定数と見て、aが変化するときの最大値Sbをbの式にします。そのあとさらに、Sbの式でbを動かすことを考え、Sbが最大になるようなbを求めます。ただ、これは一般的な話で、この問題のSがa,bのどんな式になるのかを見ないとベストの方法は言えませんが。 なんか、Sを求めるのが面倒そうですね。 私もこれからやってみますが、解答や正解をお持ちなら、写真でアップしてください。私の計算間違いがチェックできますので。 じゃ、再度がんばってください。うまくいかなければ、そこまでのノートをアップして見せてください。 なにかコメントくださいね。
    (追記: 2023年11月15日18:15)
    お待たせしました! あなたの計算(後のほうの写真が見やすかったです)確認しました。あっていますね。 するとあとは$S=2ab+\dfrac{4}{3}$ の値のうち、点(a,b)が上半分(境界も含む)にあるときの$ab$の最大値を求める問題に変わります。 $ab=k$ として$b=\dfrac{k}{a}$ 。これを関数$y=\dfrac{k}{x}$ とみて、この関数のグラフ(双曲線)がラグビーボールの上半分と共有点を持つときのkの最大値を求めることになります。これは大丈夫ですか? $-x^2+1=\dfrac{k}{x}$ すなわち $-x^3+x=k$ が-1と1の間に実数解を持つような最大のkを求めます。 関数$y=-x^3+x$ のグラフと、直線$y=k$ を書いて、条件にあうkの最大値を求めます。それは3次関数の極大値になります。 ちょっと計算に自信がないので心配ですが、$\dfrac{2\sqrt{3}}{9}$ かな。 よってSの最大値は $\dfrac{4\sqrt{3}}{9}+\dfrac{4}{3}=\dfrac{4\sqrt{3}+12}{9}$ かな(計算には自信なし)。確認してみてください。 方針はいいですか? コメント欄に返事を書いてください。
    ひる (id: 1339) (2023年11月15日0:49)
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    ご返答ありがとうございます。 最初の私の解答に追加の写真で色をつけてみたのですが、これではいけないのでしょうか?(たしかにこの計算だと第二象限にあるときは積分範囲が変わってしまいますが…) また、アドバイスの通り-1から-√1-b 、-√1-bからa、aから√1-bと分けて解いてみたところ、同じ答えになりました。

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2023年11月15日13:53)
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    コメントありがとうございます。たしかにそれで面積になります。私は一番初めの2を、あなたのように上下に2倍ではなく左右に2倍雫と想像しちゃったもので失礼しました。いまからその計算を追ってみますね。しばらくお待ちを。

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2023年11月15日18:17)
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    方針を書きましたので読んでください。計算結果には自信はありません。あしからず。 違っていたら教えてくださいね。

    ひる (id: 1339) (2023年11月15日21:10)
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    なるほど!!感動しました、ありがとうございます。 一応やり方は間違ってますが私の最初の答え 4(√3+3)/9 自体は合っていたんですね、一緒になったということはくさぼうぼうさんの計算も正しいと思います✨️ それにしても少し計算が面倒くさいと感じたのですが、このくらいなら大学受験においては当たり前なのでしょうか、 それともなにか上手い方法でもあるんですかね…?

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2023年11月15日21:41)
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    そうですね、一致したので正解ということにしましょう。万歳! でも、勝手に(a,b)が周上にあると断言するわけにはいきませんね。私はてっきり内部の点だろうと思っていたので、そういう発想はなかったです。答は原点じゃないかと思ってましたが、原点では最小値になるのですね。 じゃ、また何かあったら来てください。お待ちしてます。

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2023年11月15日21:46)
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    あなたは計算力も発想力もありそうなので、もしできたら、この次の質問(質問一覧を見て、この質問の上にあって、まだ回答のない「面積計算」というタイトルの質問の回答者になってみませんか?私は答えられず困っているところです。

    ひる (id: 1339) (2023年11月16日19:24)
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    ありがとうございます。また質問しに来ます<(_ _)> 面積計算の質問、考えてみましたが難しいですね…もう少し粘ってみようと思います

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2023年11月16日21:47)
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    よろしくお願いしますね。

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