[【大学入試】ワンランク上の数学質問スレNo.2]
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0044132人目の素数さん
2007/12/08(土) 10:12:36上面は半径Rの円である。この容器に上面まで満たされた水を、断面積がSの管を通じて、
最低点からポンプで流出させるとする。水の流出速度vは、そのときの水面の高さをxと
すれば、v=kx(kは正の定数)で与えられるようにポンプが調整されているものとする。
流出し始めた時刻をt=0として、時刻tにおける水面の高さx(t)を求めよ。ただし、tは
容器が空になる時刻までに限定する。(時刻tとt+�凾狽フ間に流出する水量を�凾pと
すれば、lim[�冲→0] �儔/�冲=Svがなりたつ。) (1983京大理系)
高さがx(t)のときの水面の半径rは、h:R=x(t):rより、r=(R/h)x(t)
よって、
(1/3)πr^2*x=(1/3)π(R^2/h^2)*x(t)^3=(1/3)πR^2*h -∫[0→t] Skx(t) dt
tで微分して、
π(R^2/h^2)x(t)^2*(dx/dt) =-Skx(t)
x(t) dx =-Skh^2/(πR^2)
積分すると
(1/2)x(t)^2=-{Skh^2/(πR^2)}t +C
t=0で、x(t)=hだから、C=(1/2)h^2
ゆえに、x(t) =√{ h^2 -(2Skh^2/πR^2)t}
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