그림과 같이 높이가 100cm이고 윗면은 반지름이 50cm, 아랫면은 반지름이 30cm인 원으로 된 원뿔대 모양의 물통에 물이 가득 차 있었다. 이 물통의 바닥에 구멍이 나서 바닥에서부터 수면까지의 높이가 hcm일 때 매초 4hcm3의 양으로 물이 새어 나가고 있다. h=50일 때 높이의 순간 변화율은? (단위는 cm/sec)
높이가 h일 때 수면의 반지름을 r, 부피를 V라 하자.
그림에서 50:30=(100+x):x∴x=150r:(h+150)=50:250∴r=51(h+150)V=31π⋅251(h+150)3−31π⋅302⋅150dtdV=251π(h+150)2⋅dtdh−4h=251π(h+150)2⋅dtdh∴dtdh=π(h+150)2−100h∴(dtdh)h=50=π⋅2002−10050=−4π52×10−2
[별해]
30:150=r:(150+h)∴r=30+5hV=3π{(30+5h)2(h+150)−302×150}dtdV=3π{2(30+5h)×51(h+150)+(30+5h)2}dtdhh=50일 때, −450=3π×4800×dtdh∴dtdh=−π1×16004×5×2=−4π52×10−2