- ベストアンサー
微分積分について
円の面積を微分すると円周になり、円周を積分すると円の面積になりますが、なぜそのようになるのかを簡単に分かりやすく教えて頂けないでしょうか?
- soudan3955
- お礼率61% (121/197)
- 数学・算数
- 回答数3
- ありがとう数8
- みんなの回答 (3)
- 専門家の回答
質問者が選んだベストアンサー
こんにちは。 木の断面の年輪や、バームクーヘンの断面の模様を想像してください。 そして、その年輪の1本1本を、輪投げの輪だと思ってください。 そして、中心から順に、輪の長さ(円周)を考えると、 中心から、最外郭の円周に向かうにしたがって、輪投げの輪の長さ(円周)は長くなっていきます。 そのとき、中心からの距離と輪の長さには比例関係が成り立ちます。 つまり、 1本の輪の長さ ∝ 中心からの距離 1本の輪の長さ = 定数 × 中心からの距離 です。 中心からの距離がrのとき、輪の長さは 2πr です。 これを使って上記の式を書き直すと、 1本の輪の長さ = 2π×r となります。 そして、今度は、1個1個の輪の太さを考えます。 輪の太さ方向は、どの角度から見ても半径方向と同じなので、 輪の太さ = dr と置くことができます。 よって、1本の輪の面積は、2π×r×dr = 2πrdr となります。 全ての輪の面積を足せば、円の面積になります。 つまり、r=0 から r=最外周の半径 まで足し算(積分)すると、 円の面積になります。 ∫[r=0→最外周半径] 2πrdr = 2π・∫[r=0→最外周半径] rdr = 2π・[r^2/2][r=0→最外周半径] = 2π・[最外周半径^2/2 - 0^2/2] = 2π・最外周半径^2/2 = π・最外周半径^2 となります。 これは、球の体積にも応用できて、 ピンポン玉のように、中身が空で、厚さdrの薄皮の球を、(中心から最外郭に向かって)小さいものから大きいものまで考えれば、 薄皮の球の表面積 4πr^2 に厚さ dr を かけて、 r=0 から r=球の半径 まで積分して、 球の体積 = ∫[r=0→球の半径]4πr^2dr = 4/3・π・球の半径^3 というふうに公式が導けます。 以上、ご参考になりましたら幸いです。
その他の回答 (2)
家人が筑波大の後期の試験で英文数学の問題にこいつが出たそうです。 微積どちらも同じですが微分の方が簡単なので、 いま中心からr離れた円を描きます。 この面積はπr^2です。 さらにrに比して非常に小さい値Δrだけrより大きい半径の円を描きます。 この面積はπ(r+Δr)^2です。 この二つの円に挟まれた平面の面積は、 π(r^2 + 2rΔr + Δr^2) になります。 今Δr<<rと決めたので、第3項は無視できます。 この面積がどれだけ増えたか考えると、 πr^2 + 2rπΔr - πr^2 = 2rπΔr r>>Δrなのでこの面積は幅Δr長さrの長方形の面積と見なすことが可能です。 つまり、半径rがΔr変化したときの面積の変化は2rπΔr ですから、円周の長さは2rπΔr/Δr=2πr
お礼
大変詳しい御回答をいただきありがとうございます。分かりやすくて非常に参考になりました。
内径 r、外径 r + dr (dr << r) の円環の面積 dS が dS ≒ 2 π r dr = 円周 × dr であるから、というのでは説明になっていませんか?
お礼
御回答をいただきありがとうございました。参考になりました。
関連するQ&A
- 円の面積や球の体積を微分せよ、という問題を時々見ます。
円の面積や球の体積を微分すると円周や表面積になり、それを積分するときっと元に戻ると思うんですが、 どういう意味があるんですか?
- 締切済み
- 数学・算数
- 微分・積分を使うかどうかについて
私は今、受験生です。 物理の単振動や円運動を勉強しているところなのですが、ある参考書によれば、その分野では、ほとんど微分・積分を使っていました。 ただ、私の学校では、単振動や円運動では微分・積分を使わずといていました。なので、今から微分・積分を使って解くとすると、最初からの学習となってしまいそうなのです。 そこで、質問なのですが、これからの単振動や円運動において、微分・積分を使ったほうがよいでしょうか。たいへん分かりにくい質問ですいません。どんなアドバイスでもいいので、どうかよろしくお願いします。
- ベストアンサー
- 物理学
- 微分積分学
受験勉強中で、学校から買った参考書をやっています。今、微分積分のうち微分のところを勉強中なのですが、途中ページの応用問題で行き詰りました。 この教科書がちょっと問題で、一番後ろに答となる数字しか解答がついていないので、解き方が分からず困っています。 丸投げしているのではなく、理解を深めたいので協力お願いします。 「三角形ABCで、角BがΔBかわるとき、面積Sはほぼどれだけかわるか。ただし、AB=5、BC=4、∠B=30°とする。」という問題です。 とりあえず、まったく分からなかったので先生に聞いたら面積Sの式を求め、それを微分することから求めてみろと言われました。 面積Sは1/2AB・BC・sin30°ですよね。 これを微分はしたのですが、そこからさっぱり何をしていいのかわかりません。 なんといっても解説がついていないので、困ります。 ヒントだけでもいいので、進展できるものを下さい。 宜しくお願いします。m(_ _)m
- ベストアンサー
- 数学・算数
- 微分・積分とは何ですか?
微分・積分とは何ですか? 今さら解けるようになりたいとも思わないのですが、昔から「微分・積分とは何なのだろう?」という疑問を持っています。 おおざっぱで結構ですから、「微分・積分とは、どういう考え方で、なぜそれが必要とされたのか、今日においてどんな分野で役立っているのか」をお教えいただけませんか? ウィキなどを見てもさっぱりわかりません。
- 締切済み
- 数学・算数
- 微分積分の使い方
数学のセンスがなくって申し訳ありません。 微分積分の使い方がよくわかりません。 工学を専攻し、材料力学や流体力学、音の解析とかにも微分積分を使います。 しかし、なんでそこで微分積分が使えるのかがよくわかりません。それでとりあえず解が得られるのは、わかりますが、文章の状態で問題が出された場合 「ああ、この問題あれを積分すれば解けるじゃん。」みたいな感じになりません。 ニュートンが訂した微分積分の成り立ちとか把握の仕方は、知っていますが速度、加速度、距離以外での微分積分の利用がよくわかりません。 微分積分を解くことは、練習問題、演習などでなんとなく機械的に解くことができます。しかし、高校で勉強した物理の方程式を微分積分を利用して解を得るというその考え方を作る方法がわかりません。 この質問を見た方の中で微分積分の利用方法がわかった瞬間や使い方がわかるような本を知っているようでしたら教えていただけますでしょうか。 宜しくお願い致します。
- ベストアンサー
- 物理学
- 微分・積分の重要性について
いつもお世話になっています、こんばんは。 高校時代、微分・積分を少しだけやりました(文系のため数III・数Cは学習経験なし)が苦手でした。しかし、大学に入ると数学科目はもちろんのこと他の理系科目やミクロ経済学やマクロ経済学などあらゆる分野で微分・積分が多く活用されているように思いました。 質問1:なぜここまで微分・積分は活用されているのでしょうか? 質問2:微分・積分が活用されている分野を大まかに教えてください。 質問3:微分・積分を習得して役に立った経験を教えてください。 質問4:中学数学の基礎をしっかりと習得すれば、微分・積分を理解できますでしょうか? 質問5:Excel等のビジネスソフトでも微分・積分を活用することが可能でしょうか? お時間ある時にお答えください、よろしくお願いします。
- ベストアンサー
- 数学・算数
お礼
大変詳しい御回答をいただきありがとうございます。分かりやすくて非常に参考になりました。