(1)
接線の方程式は y−y0=y′(x−x0)
点Qのとき −y0=y′(x−x0)
点PはQRの中点であるので
y0=2y x0=2x として代入すると
−2y=y′(x−2x) xy′+y=0
(2)
xy′+y=0 y′+x1y=0
P=x1、Q=0 とおくと ∫x1dx=logx これから
y=x1{∫0dx+C}=x1C
(3,7) のとき C=21 これから
y=x121 xy=21
(3)
y′+x1y=0 xy=21 から y′=−x2121
S=2π∫210x1211+x421dx=2π21∫210x1x4x4+21dx=2π21∫210x3x4+21dx
x2=t とおくと 2xdx=dt dx=2t1dt x:2→10 t:2→10 これから
=2π21∫210t3t2+21⋅2t1dt=π21∫210t4t2+21dt=π21∫210t2t2+21dt
t=21tanθ とおくと dt=21cos2θ1dθ t:2→10 θ:tan−1212→tan−12110 これから
=π21∫tan−12110212l⋅tan2θ⋅cos2θ21secθ⋅21dθ=π21∫tan−1211021cosθ⋅sin2θ1dθ
=π21∫tan−1211021(sin2θcosθ+cosθ1)dθ
第1項の式を sinθ=k、第2項の式を tan2θ=uとおくと
=π21(∫k21dk+∫1−u22du)=π21[[−k1]+[log1−u1+u]] k,uを元に戻して
=π21[−sinθ1+log1−tan2θ1+tan2θ]tan−121102π−tan−1212=π21[−sinθ1+logcosθ1+sinθ]tan−12110tan−1212
=π21{(−1011+log11211+1110)−(−25+log5211+52)}=21π(57+log3)
下から2行目の log1−tan2θ1+tan2θ の変換
1−tan2θ1+tan2θ=1−cos2θsin2θ1+cos2θsin2θ=cos2θcos2θ+sin2θ⋅cos2θ−sin2θcos2θ
=cos2θ−sin2θcos2θ+sin2θ=(cos2θ−sin2θ)(cos2θ+sin2θ)(cos2θ+sin2θ)(cos2θ+sin2θ)
=cos22θ−sin22θ1+2cos2θsin2θ
cos(2θ+2θ)=cos2θcos2θ−sin2θsin2θ=cos22θ−sin22θ
sin(2θ+2θ)=sin2θcos2θ+cos2θsin2θ=2cos2θsin2θ
これから
cos22θ−sin22θ1+2cos2θsin2θ=cosθ1+sinθとなる