福田の数学〜東京工業大学2024年理系第2問〜関数方程式と曲線の長さ - 質問解決D.B.(データベース)

福田の数学〜東京工業大学2024年理系第2問〜関数方程式と曲線の長さ

問題文全文(内容文):
$\Large\boxed{2}$ 実数全体を定義域にもつ微分可能な関数$f(t)$, $g(t)$が次の6つの条件を満たしているとする。
$f'(t)$=$-f(t)g(t)$, $g'(t)$=$\left\{f(t)\right\}^2$,
$f(t)$>0, $|g(t)|$<1, $f(0)$=1, $g(0)$=0
このとき $p(t)$=$\left\{f(t)\right\}^2$+$\left\{g(t)\right\}^2$, $q(t)$=$\log\frac{1+g(t)}{1-g(t)}$ とおく。
(1)$p'(t)$を求めよ。
(2)$q'(t)$は定数関数であることを示せ。
(3)$\displaystyle\lim_{t \to \infty}g(t)$を求めよ。
(4)$f(T)$=$g(T)$となる正の実数$T$に対して、媒介変数表示された平面曲線($x$,$y$)=($f(t)$,$g(t)$) (0≦$t$≦$T$)の長さを求めよ。
単元: #大学入試過去問(数学)#学校別大学入試過去問解説(数学)#東京工業大学#数学(高校生)
指導講師: 福田次郎
問題文全文(内容文):
$\Large\boxed{2}$ 実数全体を定義域にもつ微分可能な関数$f(t)$, $g(t)$が次の6つの条件を満たしているとする。
$f'(t)$=$-f(t)g(t)$, $g'(t)$=$\left\{f(t)\right\}^2$,
$f(t)$>0, $|g(t)|$<1, $f(0)$=1, $g(0)$=0
このとき $p(t)$=$\left\{f(t)\right\}^2$+$\left\{g(t)\right\}^2$, $q(t)$=$\log\frac{1+g(t)}{1-g(t)}$ とおく。
(1)$p'(t)$を求めよ。
(2)$q'(t)$は定数関数であることを示せ。
(3)$\displaystyle\lim_{t \to \infty}g(t)$を求めよ。
(4)$f(T)$=$g(T)$となる正の実数$T$に対して、媒介変数表示された平面曲線($x$,$y$)=($f(t)$,$g(t)$) (0≦$t$≦$T$)の長さを求めよ。
投稿日:2024.03.17

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$\boxed{1}$

(1)$\sin \alpha=\dfrac{3}{5},\cos \alpha=\dfrac{4}{5}$とする。

座標平面上の$4$点$O,A,B,C$を、

$O(0,0),A(5,0),B(5\cos\alpha,5\sin\alpha),$

$C(5\cos3\alpha,5\sin3\alpha)$とする。

(a)$\triangle OAB$の面積は$\dfrac{\boxed{アイ}}{\boxed{ウ}}$、

辺$AB$の長さは$\sqrt{\boxed{エオ}}$である。

(b)$\triangle OBC$の面積は$\boxed{カキ}$、辺$AB$の長さは$\boxed{ク}$である。

(c)線分$AC$の長さは$\dfrac{\boxed{ケコ}}{\boxed{サ}}\sqrt{\boxed{シス}}$

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