平面図形が次の曲線で囲まれている。
この図形の面積を極座標 の積分で表し、その値を求めよ。
2つの円を極形式に直す。 、 を代入すると は になるので、 は 、すなわち となる。極 を除けば が得られ、2つ目の円も同じ計算で となる。どちらも中心が 軸上にあり原点を通る円なので、この領域では動径は小さい方から大きい方まで動く:
2本の直線を角に直す。 原点を通る直線は、極座標では1本の半直線 になる。直線 は 軸なので 。 には極形式を代入して 、よって となり 。したがって角は
の範囲を動く。
面積の積分を組み立てる。 極座標での面積要素は である。余分な因子 はヤコビアンで、ここで最も忘れられやすい部分である。上で求めた範囲を使うと、
についての内側の積分を実行する。 被積分関数が だけなので、内側の積分は平方の差になり、 がきれいにくくり出せる:
半角の公式を使って で積分する。 はそのままでは原始関数が見えないので、 と書き直す:
上端・下端で値を求める。 では 。 では 。差をとって 倍すると:
同じ積分を数値計算すると となり、閉じた形が正しいことが確認できる。
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