球に内接する立体の体積の最大値(A)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 球に内接する立体の体積の最大値(B) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
半径 1 の球に内接する直円柱の体積の最大値を求めよ.
直円柱の高さを $h\ (0<h<2)$,底面の半径を $r$ とすると,球の中心から底面までの距離は $\dfrac{h}{2}$ であるから
\[ r^2=1-\frac{h^2}{4} \]
体積は $V(h)=\pi r^2h=\pi\left(h-\dfrac{h^3}{4}\right)$
\[ V'(h)=\pi\left(1-\frac{3h^2}{4}\right) \]
$0<h<2$ で $V'(h)=0$ となるのは $h=\dfrac{2}{\sqrt{3}}$ で,その前後で $V'$ は正から負に変わる.
よって,最大値は $V\left(\dfrac{2}{\sqrt{3}}\right)=\pi\cdot\dfrac{2}{\sqrt{3}}\left(1-\dfrac{1}{3}\right)=\dfrac{4\pi}{3\sqrt{3}}=\dfrac{4\sqrt{3}}{9}\pi$
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