미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

그릇 수면 상승 속도

문제

어떤 그릇에 깊이가 hcmh \mathrm{cm}가 되도록 물을 넣을 때 수면은 반지름의 길이가 9+h2cm\displaystyle \mathrm{\sqrt{9 + \mathit{h} ^{2}}} cm인 원이 된다. 이 그릇에 매초 260πcm3260 \pi \mathrm{cm} ^{3}의 비율로 물을 넣을 때, 수면의 높이가 2cm2 \mathrm{cm}인 순간의 수면이 상승하는 속도는 몇 cm/\mathrm{cm} / \text{초}인지 구하시오. (단, 그릇의 높이는 2cm2 \mathrm{cm}보다 크다.) [4점]

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20

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해설

그릇에 깊이가 hcmh \mathrm{cm}가 되도록 물을 넣었을 때 물의 부피 VVV=0hπ(9+h2)2dh\displaystyle V = \mathit{\int} _{0} ^{h} {} \pi ( \sqrt{9 + h ^{2}} ) ^{2} dh=0hπ(9+h2)dh\displaystyle = \int _{0} ^{h} {} \pi ( 9 + h ^{2} ) dh =π[9h+13h3]0h\displaystyle = \pi \left[ 9 h + \frac{1}{3} h ^{3} \right] _{0} ^{h}=π(9h+13h3)\displaystyle = \pi \left( 9 h + \frac{1}{3} h ^{3} \right) V=π(9h+13h3)\displaystyle V = \pi \left( 9 h + \frac{1}{3} h ^{3} \right) 따라서 dVdt=π(9+h2)dhdt\displaystyle \frac{dV}{dt} = \pi ( 9 + h ^{2} ) \frac{dh}{dt} dVdt=260π\displaystyle \frac{dV}{dt} = 260 \pi이고 h=2h = 2이므로 260π=π(9+4)[dhdt]h=2\displaystyle 260 \pi = \pi ( 9 + 4 ) \left[ \frac{dh}{dt} \right] _{h = 2}[dhdt]h=2=260π13π=20(cm\displaystyle \left[ \frac{dh}{dt} \right] _{h = 2} = \frac{260 \pi}{13 \pi} = 20 ( \mathrm{c} m/초)

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