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प्रश्न
सिद्ध कीजिए कि प्रदत्त पृष्ठ एवं महत्तम आयतन के बेलन की ऊँचाई आधार के व्यास के बराबर होती है।
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उत्तर
मान लीजिए r वृत्ताकार आधार की त्रिज्या है, h ऊँचाई है और S एक लम्ब वृत्तीय बेलन का कुल पृष्ठीय क्षेत्रफल है, तो S = 2πr2 + 2πrh.
मान लीजिए कि उपरोक्त आयामों वाले सिलेंडर का आयतन V है।
∴ `V = pir^2h = pir^2 ((S - 2pir^2)/(2pir))`
`(∵ S = 2pir^2 + 2pirh, ∴ h = (S - 2pir^2)/(2pir))`
`= r/2 (S - 2pir^2)`
⇒ `V = (sr)/2 - pir^3`
x के संबंध में विभेद करने पर, हमें प्राप्त होता है
`(dV)/(dr) = S/2- 3pir^2`
अधिकतम/न्यूनतम मात्रा के लिए,
`(dV)/(dr) = 0`
⇒ `S/2-3pir^2 = 0`
⇒ `r^2 = S/(6pi)`
⇒ `r = sqrt(S/(6pi))`
`(d^2V)/(dr^2) = -6pir`
तथा `((d^2V)/(dr^2))_(r sqrt (S/(6pi)))`
`= -6pi sqrt (S/(6pi)) < 0`
⇒ V का मान अधिकतम है, `r = sqrt (S/ (6pi))`
जब, `r = sqrt (S/ (6pi)),` तब
`h = (S- 2pi (S/(6pi)))/ (2pi sqrt (S/ (6pi))) = (4pi (S/ (6pi)))/ (2pi sqrt (S/ (6pi)))`
⇒ `h = 2 sqrt (S/(6pi)) = 2` त्रिज्या = व्यास.
अतः आयतन अधिकतम तब होता है जब ऊंचाई आधार के व्यास के बराबर होती है।
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