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A 回答 (3件)
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No.3
- 回答日時:
三つとも≦で表される形(中心軸が互いに直交する、半径が等しい3本の円柱の共通部分)の体積を、高校のときZ会でやりました。
懐かしいですね。
別解として、(2本の円柱の共通部分)-(3本の円柱の共通部分)
で求めてもいいですね。(計算の難易度は変わりませんが、図形の意味が分かりやすいかも)
(3本の円柱の共通部分)は、投影図(正面、上、横の三方向から見た図)が全て円になる、最大の図形であり、「球でない」形な訳で、そこが興味深いです。
空間図形に強い同級生が、実際に紙で作ってきてくれましたが、なかなか可愛い(?)形でしたよ。
本題に戻りますが、2本の円柱の共通部分の体積はokということで、3本の共通部分をやります。
考え方(切り方)は2本と同じです。2本の場合をベースに考えます。
問題の設定にあわせて、x軸を上に取りますね。
x=t(t≧0)で切断したとき、(y,z軸を中心軸とする円柱の共通部分)の切り口は、(一辺 2√(r^2-t^2) の)正方形な訳で、それと半径rの円との共通部分が、求める切り口になります。
なので、正方形が円に含まれるときと、はみ出す(?)ときとで、場合分けをします。
t=(1/√2)r で、分かれますね。
問題は、0≦t≦(1/√2)r の場合なわけで、このときは、(三角形1つ+扇形1つ)×4として求めます。
扇形の方が一番計算がえらいかな?
中心角をθ(本当は2θとおくとなお良い)とおいて、π/2-θ(三角形の方の頂角)の半分の角のサインが、t/rであることを用いて、θに置換して計算します。
三角形のほうは、普通に置換します。
結局、三角形の頂角の方を2αとおくと、
扇形=(1/2)r^2(π/2-2α)
三角形=r^2sinαcosα
となり、sinα=t/r より、dt=rcosαdα
となって、まとめて置換できて一番簡単かも知れませんね。
図を書かずの説明なので分かりにくかったかも知れませんが、この方法を参考に、直接求める計算を、是非考えてみられることをお勧めします。
因みに3本の共通部分の体積は(16-8√2)r^3≒4.6813r^3>半径rの球の体積(4π/3)r^3≒4.1888r^3 となってますね。
No.2
- 回答日時:
東大の入試問題です。
http://www.densu.jp/tokyo/05tokyossol.pdf
を参考にしてみては?
また、数研出版の問題集は、解説は市販では販売されていません。
学校の先生の経由から、解説は入手可能です。
学校の先生にお願いをしてみてはいかかでしょうか。
(実際、私が高校生のとき、数研出版の解説は学校の先生から自腹をきって、入手できました。)
No.1
- 回答日時:
この解を書き込むのは大変なので、方針と答えだけ書いとく。
先ず、直交する2円柱の体積は、簡単に求められる。
x≧0、y≧0、z≧0の範囲の立体は求める体積の1/8であり、切断面が、√(r^2-z^2)の正方形から その体積は(16/3)*r^3.
これを3本に応用してやることになるんだが、これは図を描かないととてもじゃないが説明が難しい。
結果は、計算に自信がないが、(8√2-32/3)*r^3になると思うが。。。。。?
2円柱なら有名問題だが、3円柱となると結構難しそう。
2つの円柱の軸に平行な平面で切る、という方針で良いんだと思うけど。
この回答への補足
答えはあってます。
○研出版の○タンダードという教材に載っていた問題で、回答が3行ぐらいしか書いていないのでまったくヒントにもなりませんでした。
回答にはx=tとおいて、これによって平面に切る。条件より0<t≦√2。それから断面積を求める。みたいなことしか書いてありませんでした。
確かに2本なら容易にできる問題ですが、3本だとなかなかイメージしづらいです。
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