【微分積分】8-5-1 体積|要点まとめ

このページでは、大学数学の微分積分で扱う「重積分を用いた立体の体積計算」について解説します。柱体や曲面で囲まれた立体の体積公式を整理し、直交座標から極座標変換(変数変換)を用いて解く実践的な例題と丁寧な解答・解説を掲載しています。

体積

【立体の体積】
関数\(f(x,y)\)と\(g(x,y)\)はともに積分領域\(D\)上で連続で、\(f(x,y)\leqq g(x,y)\)とする。このとき、\(D\)上の\(z\)軸方向の柱体と曲面\(z=f(x,y),z=g(x,y)\)が囲む立体\(\Omega\)の体積\(V\)は次で与えられる。
\(\displaystyle V=\iint_D\{g(x,y)-f(x,y)\}dxdy\)

【例題】次の体積を求めなさい。

(1)回転放物面\(z=x^2+y^2\)と平面\(z=2x+y+1\)が囲む部分の体積
(2)平面\(z=0\)、平面\(z=2-y\)と円柱面\(x^2+y^2=4\)で囲まれる部分の体積
(3)球体\(x^2+y^2+z^2\leqq3\)と円柱体\(x^2+y^2\leqq1\)の共通部分の体積
(4)曲面\(z=xy\)と円柱面\((x-3)^2+(y-2)^2=4\)および\(xy\)平面を囲む部分の体積
(5)双曲放物面\(z=x^2-y^2\)と楕円放物面面\(z=18-2(x-3)^2-4y^2\)の囲む部分の体積
(6)2個の円柱体\(x^2+y^2\leqq a^2,x^2+z^2\leqq a^2\)の共通部分の体積
(7)曲面\(z=xy\)と曲面\((x^2+y^2)^2=2a^2xy\)および\(xy\)平面の囲む部分の体積
(8)球体\(x^2+y^2+z^2\leqq2\)と回転放物体\(z\geqq x^2+y^2\)の共通部分の体積
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