수리논술, 이게 다다.

자연계열 1-1번

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문제

[문제 1] 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오.

(가) 양수 x,y,z\displaystyle x,y,z에 대하여x2+y2+z2≥xy+yz+zx\displaystyle x^2+y^2+z^2\geq xy+yz+zx이므로x3+y3+z3−3xyz=(x+y+z)(x2+y2+z2−xy−yz−zx)≥0\displaystyle x^3+y^3+z^3-3xyz=(x+y+z)(x^2+y^2+z^2-xy-yz-zx)\geq0이 성립한다. 따라서 x3+y3+z3≥3xyz\displaystyle x^3+y^3+z^3\geq3xyz이고, a=x3,b=y3,c=z3\displaystyle a=x^3,b=y^3,c=z^3으로 놓으면a+b+c3≥abc3(1)\displaystyle \frac{a+b+c}3\geq\sqrt[3]{abc}\qquad(1)임을 알 수 있다. 등호는 a=b=c\displaystyle a=b=c일 때 성립한다.

[1.1] 뚜껑이 없는 직육면체 상자의 겉넓이가 75\displaystyle 75이다. 제시문 (가)의 부등식 (1)을 이용하여, 이 상자의 부피의 최댓값을 구하시오.

해설강의 준비중

[1.1] x,y,z\displaystyle x,y,z를 각각 뚜껑이 없는 상자의 길이(가로), 폭(세로), 높이라고 하자.그러면 75=xy+2xz+2yz\displaystyle 75=xy+2xz+2yz이고, 제시문 (가)의 부등식으로부터753=xy+2xz+2yz3≥4x2y2z23\displaystyle \frac{75}3=\frac{xy+2xz+2yz}3\geq\sqrt[3]{4x^2y^2z^2}이 성립한다. 양변을 세제곱을 하고, 이 상자의 부피를 V\displaystyle V라고 할 때253=(xy+2xz+2yz3)3≥4x2y2z2=4V2\displaystyle 25^3=\left(\frac{xy+2xz+2yz}3\right)^3\geq4x^2y^2z^2=4V^2이므로 V2≤2534\displaystyle V^2\leq\frac{25^3}4, V≤122532=1252\displaystyle V\leq\frac12 25^{\frac32}=\frac{125}2가 성립한다. 따라서 V\displaystyle V의 최댓값은 1252\displaystyle \frac{125}2이다.

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