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1951年(昭和26年)東京大学-数学(解析II)[1]

[1] 一定の体積 V なる直円柱の全表面積のうちで最小なものの値を求めよ.

2024.09.25記

[解答]
直円柱の底面の半径を r,高さを h とするし,全表面積を S とすると S=2\pi(r^2+rh)V=\pi r^2 h である.よって
S=\pi(2r^2+rh+rh)\geqq 3\pi\sqrt[3]{2r^4h^2}=3\pi\sqrt[3]{\dfrac{2V^2}{\pi^2}}=3\sqrt[3]{2\pi V^2}
(等号成立は 2r=h
となり,最小値は 3\sqrt[3]{2\pi V^2} となる.

等号成立は円柱の高さが円柱の底面の直径となる,つまり球がすっぽり円柱に収まる場合である.表面積が一定の場合の体積の最小値は球で実現される(等周問題)ので,球に``一番近い''円柱を求めたと考えることもできる.




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