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今回は,昭和 4 年の東大入試より,曲線の長さに関する問題をご紹介します。
√x + √y = 1 という方程式で表される曲線を描き,その長さを計算するというものです。
現代においても 数学III で曲線の長さを計算する積分の公式を学習しますが,それを利用して長さを求めましょう。
公式に従って計算すると,根号の中に 2 次式が入った格好になります。この積分が少々面倒ですね。
この類の積分は根号を外すのが大切なので,sinh や tan を用いた置換をするのがポイントとなります。
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【プロフィール】
林 俊介 (はやし しゅんすけ)
オンライン家庭教師を運営する会社の社長。
大学の講師もやっています。
2015年 筑波大学附属駒場高等学校 卒
2015年 東京大学理科一類 入学
2019年 東京大学理学部物理学科 卒
・2014年 日本物理オリンピック金賞
・2014年 東大実戦模試物理1位
・東大入試本番では数学で 9 割を獲得
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<目次>
00:00 昭和4年 (1929年) の東大入試
00:25 曲線の概形を予想する
01:59 曲線の概形を求める
05:54 微分係数の極限について
08:27 曲線の長さの公式
11:09 公式を利用し長さを立式
12:27 積分計算:√x を変数変換
15:15 積分計算:双曲線関数
22:41 結果とその大まかな値
24:38 解法のまとめ
26:29 別解①:媒介変数表示を利用
34:37 別解②:tan の変数変換を利用
38:58 別解③:積分公式を利用
41:28 まとめと学習者へのアドバイス
43:08 おわりに