数学のブログ

3重積分 重心 密度、一様、物体、2つの放物線に囲まれる領域

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4の解答を求めてみる。

2 x - x 2 = 3 x 2 - 6 x 4 x 2 - 8 x = 0 x ( x - 2 ) = 0

よって、

m = 0 2 ( ( 2 x - x 2 ) - ( 3 x 2 - 6 x ) ) dx = 0 2 ( - 4 x 2 + 8 x ) dx = - 4 0 2 ( x 2 - 2 x ) dx = - 4 [ 1 3 x 3 - x 2 ] 0 2 = - 4 ( 8 3 - 4 ) = - 4 · - 4 3 = 16 3

重心の各座標。

x - = 1 m 0 2 3 x 2 - 6 x 2 x - x 2 x dy dx = 3 16 0 2 x ( ( 2 x - x 2 ) - ( 3 x 2 - 6 x ) ) dx = 3 16 0 2 x ( 4 x 2 - 8 x ) dx = 3 4 0 2 ( x 3 - 2 x 2 ) dx = 3 4 [ 1 4 x 4 - 2 3 x 3 ] 0 2 = 3 4 · 2 4 ( 1 4 - 1 3 ) = 3 · 2 2 · 1 12 = 1

また、

y - = 1 m 0 2 3 x 2 - 6 x 2 x - x 2 y dy dx = 3 16 · 1 2 0 2 ( ( 2 x - x 2 ) 2 - ( 3 x 2 - 6 x ) 2 ) dx = 3 2 5 0 2 ( 4 x 2 - 4 x 3 + x 4 - 9 x 4 + 36 x 3 - 36 x 2 ) dx = 3 2 5 0 2 ( - 8 x 4 + 32 x 3 - 32 x 2 ) dx = 3 2 2 0 2 ( - x 4 + 4 x 3 - 4 x 2 ) dx = 3 2 2 [ - 1 5 x 5 + x 4 - 4 3 x 3 ] 0 2 = 3 2 2 ( - 1 5 · 2 5 + 2 4 - 2 5 3 ) = 2 2 · 3 ( - 2 5 + 1 - 2 3 ) = 2 2 · 3 · - 6 + 15 - 10 15 = - 4 5