領域の条件は 0 ≦ y ≦ sin x , 0 ≦ x ≦ t − y 0 ≦ y ≦ sin x , 0 ≦ x ≦ t − y である。第2の不等式は y ≦ t − x y ≦ t − x と同値である。したがって,固定した x x に対する上端は min ( sin x , t − x ) min ( sin x , t − x ) である。
0 < t < 3 < π 0 < t < 3 < π であるから,0 ≦ x ≦ t 0 ≦ x ≦ t において x + sin x x + sin x は単調に増加する。よって u + sin u = t u + sin u = t を満たす u u がただ1つ存在する。0 ≦ x ≦ u 0 ≦ x ≦ u では x + sin x ≦ u + sin u = t x + sin x ≦ u + sin u = t より sin x ≦ t − x sin x ≦ t − x である。一方,u ≦ x ≦ t u ≦ x ≦ t では t − x ≦ sin x t − x ≦ sin x である。
したがって、x x 軸のまわりに回転してできる体積はV ( t ) = π ∫ 0 u sin 2 x d x + π ∫ u t ( t − x ) 2 d x V ( t ) = π ∫ 0 u sin 2 x d x + π ∫ u t ( t − x ) 2 d x である。
これを t t で微分する。u u は t t の関数であることに注意すると1 π d V d t = sin 2 u d u d t − ( t − u ) 2 d u d t + ∫ u t 2 ( t − x ) d x . π 1 d t d V = sin 2 u d t d u − ( t − u ) 2 d t d u + ∫ u t 2 ( t − x ) d x . ここで u + sin u = t u + sin u = t より t − u = sin u t − u = sin u なので、最初の2項は打ち消し合う。したがってd V d t = π ∫ u t 2 ( t − x ) d x = π ( t − u ) 2 = π sin 2 u d t d V = π ∫ u t 2 ( t − x ) d x = π ( t − u ) 2 = π sin 2 u である。
条件 d V d t = π 4 d t d V = 4 π は sin 2 u = 1 4 sin 2 u = 4 1 を意味する。0 < u < t < 3 < π 0 < u < t < 3 < π であり,また t = u + sin u < 3 t = u + sin u < 3 を満たす必要がある。0 < u < π 0 < u < π で sin u = 1 / 2 sin u = 1/2 となるのは u = π 6 , u = 5 π 6 u = 6 π , u = 6 5 π であるが,u = 5 π / 6 u = 5 π /6 では t = u + sin u = 5 π 6 + 1 2 > 3 t = u + sin u = 6 5 π + 2 1 > 3 となり不適である。よって u = π 6 u = 6 π であり,t = π 6 + 1 2 t = 6 π + 2 1 である。
このときV = π ∫ 0 π / 6 sin 2 x d x + π ∫ π / 6 π / 6 + 1 / 2 ( π 6 + 1 2 − x ) 2 d x V = π ∫ 0 π /6 sin 2 x d x + π ∫ π /6 π /6 + 1/2 ( 6 π + 2 1 − x ) 2 d x である。まず∫ 0 π / 6 sin 2 x d x = ∫ 0 π / 6 1 − cos 2 x 2 d x = [ x 2 − sin 2 x 4 ] 0 π / 6 = π 12 − 3 8 ∫ 0 π /6 sin 2 x d x = ∫ 0 π /6 2 1 − cos 2 x d x = [ 2 x − 4 sin 2 x ] 0 π /6 = 12 π − 8 3 である。また,後半の積分は s = π 6 + 1 2 − x s = 6 π + 2 1 − x とおくと∫ π / 6 π / 6 + 1 / 2 ( π 6 + 1 2 − x ) 2 d x = ∫ 0 1 / 2 s 2 d s = 1 24 ∫ π /6 π /6 + 1/2 ( 6 π + 2 1 − x ) 2 d x = ∫ 0 1/2 s 2 d s = 24 1 である。
したがって V = π ( π 12 − 3 8 + 1 24 ) V = π ( 12 π − 8 3 + 24 1 ) である。
回転する領域の上端
交点 u + sin u = t u + sin u = t を境に、上端が sin x sin x から t − x t − x へ切り替わる。