間違いしかありません.コメントにてご指摘いただければ幸いです(気が付いた点を特に断りなく頻繁に書き直していますのでご注意ください).

1/(1+x^2)の[0, t]での定積分がarctan(t)となる話


中心を点Pに持つ円と直線gとの交点Qを求める.

x座標を求める. x2+(y+1)2=1x2+(xt1+1)2=1g:y=xt1x2+(xt)2=1x2(1+1t2)=1x2(t2+1t2)=1x2=t2t2+1x=t2t2+1x0=tt2+1 y座標はgを用いて求める. y=xt1=tt2+1t1=1t2+11

面積A1(=四角形ABCO)を求める.

A1=OAAB=t1211+t2=t2(1+t2)

面積A2(=凾数fと線分CB及びy軸で囲まれる領域(図のx<0の領域の着色は間違い))を求める.

2y=11+x21+x2=12yx2=12y1x2=12y1=12y2yx=12y2y A2=12(1+t2)12xdy=12(1+t2)1212y2ydy=1(1+t2)101(u+1)22y2yduu=2y1,dudy=1212y2=12y,dy=2ydu122121=012(1+t2)212(1+t2)1=11+t21=11+t2101(u+1)2du

面積B1(=三角形PQR)を求める.

B1=12QRPR=12tt2+1{1+(1t2+11)}=12tt2+11t2+1=t2(1+t2)

面積B2(=円x2+(y1)2=1と線分QR及びy軸で囲まれる領域)を求める.

x2+(y+1)2=1x2=1(y+1)2x=1(y+1)2 B2=1t2+110xdy=1t2+1101(y+1)2dy

扇PQRの面積を求める.

PQR=1=(11π)θ2π=θ2

θtの関係式を求める.

tan(θ)=t00(1)=t1=ttan1(t)=θ

扇PQRの面積を介して.

PQR=θ2=tan1(t)2=B1+B2=A1+A2B1=A1,B2=A2=0t1211+x2dx=f[0,t] 0t11+x2dx=tan1(t)

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