数学のブログ

3重積分 重心 密度、一様、物体、三角関数(正弦と余弦)、累乗、加法定理、倍角

続 解析入門 (原書第2版) (S.ラング(著)、松坂 和夫(翻訳)、片山 孝次(翻訳)、岩波書店)の第9章(3重積分)、3(重心)の練習問題6の解答を求めてみる。

m = 0 π 4 ( cos x - sin x ) dx = [ sin x + cos x ] 0 π 4 = 2 2 - 1 = 2 - 1

重心の各座標。

x - = 1 2 - 1 0 π 4 sin x cos x x dy dx = 1 2 - 1 0 π 4 x ( cos x - sin x ) dx = 1 2 - 1 ( 0 π 4 x cos x dx - 0 π 4 x sin x dx ) = 1 2 - 1 ( [ x sin x ] 0 π 4 - 0 π 4 sin x dx - ( [ - x cos x ] 0 π 4 + 0 π 4 cos x dx ) ) = 1 2 - 1 ( π 4 · 1 2 + [ cos x ] 0 π 4 + π 4 · 1 2 - [ sin x ] 0 π 4 ) = 1 2 - 1 ( π 2 2 + 1 2 - 1 - 1 2 ) = ( 2 + 1 ) ( π 2 2 - 1 ) = π 2 + π 2 2 - 2 - 1

また、

y - = 1 m 0 π 4 sin x cos x y dy dx = 1 2 m 0 π 4 ( cos 2 x - sin 2 x ) dx = 1 2 m 0 π 4 cos ( 2 x ) d x = 1 4 m [ sin 2 x ] 0 π 4 = 2 + 1 4

コード

#!/usr/bin/env python3
from sympy import symbols, plot, sin, cos, sqrt, pi

colors = ['red', 'green', 'blue', 'brown', 'orange',
          'purple', 'pink', 'gray', 'skyblue', 'yellow']

x = symbols('x')
p = plot(sin(x), cos(x), sqrt(2) - 1, (sqrt(2) + 1) / 4,
         (x, 0, pi / 4),
         legend=True,
         show=False)

for o, color in zip(p, colors):
    o.line_color = color
p.show()
p.save('sample6.png')

入出力結果

% ./sample6.py
%