y=9−x2 의 아래쪽, y=x 의 아래쪽, 그리고 y=1−(x−1)2 의 위쪽에 있는 유한한 영역의 넓이를 구하세요.
영어 원문 보기
Find the area of the finite region below y=9−x2 and y=x, and above y=1−(x−1)2.
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먼저 영역을 그려 보자. y=9−x2 은 원점을 중심으로 하고 반지름이 3인 원의 위쪽 반원이고, y=1−(x−1)2 은 (1,0) 을 중심으로 하고 반지름이 1인 원의 위쪽 반원이다.
y=x 는 y=1−(x−1)2 과 (1,1) 에서 만나며, 이 점은 작은 반원의 가장 높은 점이다.
삼각형과 원의 부채꼴의 넓이는 쉽게 구할 수 있다. 이를 염두에 두고 영역을 다음과 같이 나눈다.
구하는 넓이는 A3−(A1+A2) 이다.
A1 은 밑변의 길이가 1이고 높이가 1인 직각삼각형의 넓이이므로 A1=21 이다.
A2 는 반지름이 1인 원의 사분원의 넓이이므로 A2=4π 이다.
A3 은 반지름이 3인 원의 8분의 1의 넓이이므로 A3=89π 이다.
따라서 이 영역의 넓이는 89π−21−4π=87π−21 이다.
원본 교재 풀이(영어)
Let's begin by sketching our region. Note that y=9−x2 is the top half of a circle centred at the origin with radius 3, while y=1−(x−1)2 is the top half of a circle of radius 1 centred at (1,0).
Note y=x intersects y=1−(x−1)2 at (1,1), the highest part of the smaller half-circle.
We can easily take the area of triangles and sectors of circles. With that in mind, we cut up our region the following way:
The desired area is A3−(A1+A2).
A1 is the area of right a triangle with base 1 and height 1, so A1=21.
A2 is the area of a quarter circle of radius 1, so A2=4π.
A3 is the area of an eighth of a circle of radius 3, so A3=89π
So, the area of our region is 89π−21−4π=87π−21.
따라서 세 교점은 x=2 일 때와 x=−1±2 일 때이다. 다음이 성립한다. −1−2<−1+2<−1+4<2. 그러므로 두 구간 [−1−2,−1+2] 와 [−1+2,2] 에서 각각 어느 함수가 위에 있는지 알아보아야 한다. 각 구간의 한 점에서 확인하면 충분하다.
x01x(x2−4)0-3x−2−2−1위쪽함수:x(x2−4)x−2
0 은 구간 [−1−2,−1+2] 에 속하므로, 이 구간에서는 x(x2−4) 가 위쪽 함수이다.
1 은 구간 [−1+2,2] 에 속하므로, 이 구간에서는 x−2 가 위쪽 함수이다. 이제 넓이를 구하는 적분을 세울 수 있다.
So, our three points of intersection are when x=2 and when x=−1±2. We note −1−2<−1+2<−1+4<2. So, we need to see which function is on top over the two intervals [−1−2,−1+2] and [−1+2,2]. It suffices to check points in these intervals.
x01x(x2−4)0-3x−2−2−1top function:x(x2−4)x−2
Since 0 is in the interval [−1−2,−1+2], x(x2−4) is the top function in that interval.
Since 1 is in the interval [−1+2,2], x−2 is the top function in that interval. Now we can set up the integral to evaluate the area:
AreaAfter some taxing but rudimentary algebra:=∫−1−2−1+2[x(x2−4)−(x−2)]dx=∫−1−2−1+2[x3−5x+2]dx=[41x4−25x2+2x]−1−2−1+2=(82)+(42−413)=122−413+++∫−1+22[(x−2)−x(x2−4)]dx∫−1+22[−x3+5x−2]dx[−41x4+25x2−2x]−1+22