ここでは東大数理の修士課程の院試の2013B06の解答例を解説していきます。解答例はあくまでも例なので、最短・最易の解答とは限らないことにご注意ください。またこの解答を信じきってしまったことで起こった不利益に関しては一切の責任を負いませんので、参照する際は慎重に慎重を重ねて議論を追ってからご参照ください。また誤り・不適切な記述・非自明な箇所などがあればコメントで指摘していただけると幸いです。
$C^\infty$級関数$f:\mathbb{R}\to(0,\infty)$のグラフを$x$軸の周りに回転して得られる曲面
$$
M:=\left\{(x,y,z)|f(x)^2=y^2+z^2\right\}
$$
を考える。ここで$C^\infty$級曲線$c:\mathbb{R}\to M$が測地線であるとは、任意の実数$t$について$c'(t)\neq0$であり、その上で条件
を満たすことを指す。以下の問いに答えなさい。