숭실대 2025학년도 수시 자연계열 4번 · mathesis.kr/archive/ssu/2025su/jayeon_4
문제
【문제 4】 다음 제시문을 읽고 아래 논제에 답하시오. (25점)
미분가능한 함수 에서 이고, 의 좌우에서(i) 의 부호가 양(+)에서 음(-)으로 바뀌면 는 에서 극대이다.(ii) 의 부호가 음(-)에서 양(+)으로 바뀌면 는 에서 극소이다.[출처 : 수학II 「도함수의 활용」]
다음 조건을 모두 만족시키는 컵의 겉넓이의 최솟값을 구하시오. (단, 컵의 두께는 무시한다.)
1) 컵은 뚜껑이 없는 원기둥 모양이다.2) 부피 의 물을 넣었을 때, 컵의 높이와 수면의 높이의 차이가 보다 크거나 같아야 한다.(단, 수면은 컵의 밑면과 평행하다고 가정한다.)
해설강의 준비중
숭실대 2025학년도 수시 자연계열 4번 · mathesis.kr/archive/ssu/2025su/jayeon_4
+25점 · 부피의 조건으로부터 컵의 겉넓이의 식을 구하고 이를 미분하여 최솟값을 구할 수 있다.
컵의 높이를 , 반지름을 라고 하자.주어진 조건을 만족시키면서 컵의 겉넓이가 최소가 되기 위해서는, 물을 만큼 넣었을 때 컵의 높이와 수면의 높이의 차이가 정확히 이어야 한다. 따라서 다음 식이 성립한다.이때 이고, 문제의 조건으로부터 컵의 겉넓이 는 다음과 같이 주어진다.로부터 이고, 함수 의 증가와 감소를 표로 나타내면 다음과 같다.
| 0 | ⋯ | 3 | ⋯ | |
|---|---|---|---|---|
| − | 0 | + | ||
| ↘ | ↗ |
그러므로 일 때 겉넓이가 최소가 되며 이때 컵의 겉넓이는 이다.
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