置換積分の問題

置換積分の問題

■問題

A 2 , 0 ,点 B 0 , 4 ,点 C 4 , 0 を頂点とする三角形の重心の座標を求めよ.

■ヒント

平面の重心の計算より

x G = 1 S a b x f ( x ) d x

y G = 1 S c d y g ( y ) d y

の公式を用いる.

■解説

三角形の面積 S

S = 1 2 6 4 = 12 ・・・・・・(1)

A 2 , 0 ,点 B 0 , 4 を通る直線の方程式は

y = 2 x + 4 ・・・・・・(2)

B 0 , 4 ,点 C 4 , 0 を通る直線の方程式は

y = x + 4 ・・・・・・(3)

である.よって

x G = 1 12 2 4 x f x d x

= 1 12 2 0 x 2 x + 4 d x + 0 4 x x + 4 d x

= 1 12 2 0 2 x 2 + 4 x d x + 0 4 x 2 + 4 x d x

= 1 12 2 3 x 3 + 2 x 2 2 0 + 1 3 x 3 + 2 x 2 0 4

= 1 12 16 3 8 + 64 3 + 32

= 8 12

= 2 3 ・・・・・・(4)

(2),(3)を x = の形に式変形をすると

x = 1 2 y 2 ・・・・・・(5)

x = y + 4 ・・・・・・(6)

よって

y G = 1 12 0 4 y g y d y

= 1 12 0 4 y y + 4 1 2 y 2 d y

= 1 12 0 4 y 3 2 y + 6 d y

= 1 12 0 4 3 2 y 2 + 6 y d y

= 1 12 1 2 y 3 + 3 y 2 0 4

= 1 12 32 + 48

= 16 12

= 4 3 ・・・・・・(7)

以上より,重心の座標は

2 3 , 4 3

となる.

三角形の重心 g = 1 3 a + b + c を用いると

g = 1 3 2 , 0 + 0 , 4 + 4 , 0

= 1 3 2 , 4

= 2 3 , 4 3

となり,積分で求めた座標と一致する.


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最終更新日: 2025年11月2日