+8점 · k 2 < k ( k + 1 ) ( k 2 + 3 ) < k 2 + 4 k + 4 \displaystyle k^2<\sqrt{k(k+1)(k^2+3)}<k^2+4k+4 k 2 < k ( k + 1 ) ( k 2 + 3 ) < k 2 + 4 k + 4 를 제시 [논제 1] 자연수 k \displaystyle k k 에 대하여 k 4 < k ( k + 1 ) ( k 2 + 3 ) < k ( k + 1 ) ( k 2 + 4 k + 4 ) < ( k 2 + 4 k + 4 ) 2 ⋯ ⋯ \displaystyle k^4<k(k+1)(k^2+3)<k(k+1)(k^2+4k+4)<(k^2+4k+4)^2\qquad\cdots\cdots k 4 < k ( k + 1 ) ( k 2 + 3 ) < k ( k + 1 ) ( k 2 + 4 k + 4 ) < ( k 2 + 4 k + 4 ) 2 ⋯⋯ (A)이므로 k 2 < k ( k + 1 ) ( k 2 + 3 ) < k 2 + 4 k + 4 \displaystyle k^2<\sqrt{k(k+1)(k^2+3)}<k^2+4k+4 k 2 < k ( k + 1 ) ( k 2 + 3 ) < k 2 + 4 k + 4 이고 1 n 3 ∑ k = 1 n k 2 < 1 n 3 ∑ k = 1 n k ( k + 1 ) ( k 2 + 3 ) < 1 n 3 ∑ k = 1 n ( k 2 + 4 k + 4 ) \displaystyle \frac1{n^3}\sum_{k=1}^nk^2<\frac1{n^3}\sum_{k=1}^n\sqrt{k(k+1)(k^2+3)}<\frac1{n^3}\sum_{k=1}^n(k^2+4k+4) n 3 1 k = 1 ∑ n k 2 < n 3 1 k = 1 ∑ n k ( k + 1 ) ( k 2 + 3 ) < n 3 1 k = 1 ∑ n ( k 2 + 4 k + 4 )
+4점 · ( n + 1 ) ( 2 n + 1 ) 6 n 2 < 1 n 3 ∑ k = 1 n k ( k + 1 ) ( k 2 + 3 ) < ( n + 1 ) ( 2 n + 1 ) 6 n 2 + 2 ( n + 1 ) n 2 + 4 n 2 \displaystyle \frac{(n+1)(2n+1)}{6n^2}<\frac1{n^3}\sum_{k=1}^n\sqrt{k(k+1)(k^2+3)}<\frac{(n+1)(2n+1)}{6n^2}+\frac{2(n+1)}{n^2}+\frac4{n^2} 6 n 2 ( n + 1 ) ( 2 n + 1 ) < n 3 1 k = 1 ∑ n k ( k + 1 ) ( k 2 + 3 ) < 6 n 2 ( n + 1 ) ( 2 n + 1 ) + n 2 2 ( n + 1 ) + n 2 4 를 제시 따라서 ( n + 1 ) ( 2 n + 1 ) 6 n 2 < 1 n 3 ∑ k = 1 n k ( k + 1 ) ( k 2 + 3 ) < ( n + 1 ) ( 2 n + 1 ) 6 n 2 + 2 ( n + 1 ) n 2 + 4 n 2 \displaystyle \frac{(n+1)(2n+1)}{6n^2}<\frac1{n^3}\sum_{k=1}^n\sqrt{k(k+1)(k^2+3)}<\frac{(n+1)(2n+1)}{6n^2}+\frac{2(n+1)}{n^2}+\frac4{n^2} 6 n 2 ( n + 1 ) ( 2 n + 1 ) < n 3 1 k = 1 ∑ n k ( k + 1 ) ( k 2 + 3 ) < 6 n 2 ( n + 1 ) ( 2 n + 1 ) + n 2 2 ( n + 1 ) + n 2 4
+3점 · 정답을 제시 이때, lim n → ∞ ( n + 1 ) ( 2 n + 1 ) 6 n 2 = lim n → ∞ ( ( n + 1 ) ( 2 n + 1 ) 6 n 2 + 2 ( n + 1 ) n 2 + 4 n 2 ) = 1 3 \displaystyle \lim_{n\to\infty}\frac{(n+1)(2n+1)}{6n^2}=\lim_{n\to\infty}\left(\frac{(n+1)(2n+1)}{6n^2}+\frac{2(n+1)}{n^2}+\frac4{n^2}\right)=\frac13 n → ∞ lim 6 n 2 ( n + 1 ) ( 2 n + 1 ) = n → ∞ lim ( 6 n 2 ( n + 1 ) ( 2 n + 1 ) + n 2 2 ( n + 1 ) + n 2 4 ) = 3 1 이고 제시문 (가)에 의하여 lim n → ∞ 1 n 3 ∑ k = 1 n k ( k + 1 ) ( k 2 + 3 ) = 1 3 \displaystyle \lim_{n\to\infty}\frac1{n^3}\sum_{k=1}^n\sqrt{k(k+1)(k^2+3)}=\frac13 n → ∞ lim n 3 1 k = 1 ∑ n k ( k + 1 ) ( k 2 + 3 ) = 3 1
(참고) 부등식 (A)는 다음과 같은 부등식으로 바꾸어 풀이가 가능하다. k 4 < k ( k + 1 ) ( k 2 + 3 ) < ( k + 1 ) 4 \displaystyle k^4<k(k+1)(k^2+3)<(k+1)^4 k 4 < k ( k + 1 ) ( k 2 + 3 ) < ( k + 1 ) 4
+10점 · β = 6 \displaystyle \beta=6 β = 6 임을 제시 [논제 2] 함수 f ( x ) \displaystyle f(x) f ( x ) 는 최고차항의 계수가 1 \displaystyle 1 1 인 삼차함수이고 조건 (1)에 의하여 f ( α ) \displaystyle f(\alpha) f ( α ) 는 극댓값, f ( β ) \displaystyle f(\beta) f ( β ) 는 극솟값이며 f ( α ) > f ( β ) \displaystyle f(\alpha)>f(\beta) f ( α ) > f ( β ) 이다. 함수 h ( x ) = f ( x ) − f ( β ) \displaystyle h(x)=f(x)-f(\beta) h ( x ) = f ( x ) − f ( β ) 라 하면 h ′ ( x ) = f ′ ( x ) \displaystyle h^{\prime}(x)=f^{\prime}(x) h ′ ( x ) = f ′ ( x ) 이고 h ( x ) \displaystyle h(x) h ( x ) 는 최고차항의 계수가 1 \displaystyle 1 1 인 삼차함수이다. 조건 (1)과 (2)에 의하여 h ( x ) = x ( x − β ) 2 \displaystyle h(x)=x(x-\beta)^2 h ( x ) = x ( x − β ) 2 조건 (3)에 의하여 108 = ∫ 0 β f ( x ) d x − β f ( β ) = ∫ 0 β h ( x ) d x = ∫ 0 β x ( x − β ) 2 d x = 1 12 β 4 \displaystyle 108=\int_0^\beta f(x)\,dx-\beta f(\beta)=\int_0^\beta h(x)\,dx=\int_0^\beta x(x-\beta)^2\,dx=\frac1{12}\beta^4 108 = ∫ 0 β f ( x ) d x − β f ( β ) = ∫ 0 β h ( x ) d x = ∫ 0 β x ( x − β ) 2 d x = 12 1 β 4 이므로 β = 6 \displaystyle \beta=6 β = 6 이다. 따라서 h ( x ) = x ( x − 6 ) 2 \displaystyle h(x)=x(x-6)^2 h ( x ) = x ( x − 6 ) 2
+5점 · 정답을 제시 f ( 2 ) > f ( 6 ) \displaystyle f(2)>f(6) f ( 2 ) > f ( 6 ) 이므로 두 극값의 차는 32 \displaystyle 32 32 이다.
+5점 · f ( x ) = x ( x − 6 ) 2 + f ( 6 ) \displaystyle f(x)=x(x-6)^2+f(6) f ( x ) = x ( x − 6 ) 2 + f ( 6 ) 을 제시 [논제 3] 주어진 조건을 만족하는 함수 f ( x ) \displaystyle f(x) f ( x ) 는 f ( x ) = x ( x − 6 ) 2 + f ( 6 ) \displaystyle f(x)=x(x-6)^2+f(6) f ( x ) = x ( x − 6 ) 2 + f ( 6 ) 이고 f ′ ( x ) = 3 x 2 − 24 x + 36 ⋯ ⋯ \displaystyle f^{\prime}(x)=3x^2-24x+36\qquad\cdots\cdots f ′ ( x ) = 3 x 2 − 24 x + 36 ⋯⋯ (B)
+10점 · g ( x ) = 1 4 f ( 2 x ) + 3 4 f ( 2 3 x ) \displaystyle g(x)=\frac14f(2x)+\frac34f\left(\frac23x\right) g ( x ) = 4 1 f ( 2 x ) + 4 3 f ( 3 2 x ) 를 제시 점 R \displaystyle \mathrm{R} R 의 좌표를 ( x , y ) \displaystyle (x,y) ( x , y ) 라 하자. 두 점 P ( t , f ( t ) ) , Q ( 3 t , f ( 3 t ) ) \displaystyle \mathrm{P}(t,f(t)),\mathrm{Q}(3t,f(3t)) P ( t , f ( t )) , Q ( 3 t , f ( 3 t )) 를 1 : 3 \displaystyle 1:3 1 : 3 으로 내분하는 내분점은 ( 3 t + 3 t 1 + 3 , f ( 3 t ) + 3 f ( t ) 1 + 3 ) = ( 3 t 2 , f ( 3 t ) + 3 f ( t ) 4 ) \displaystyle \left(\frac{3t+3t}{1+3},\frac{f(3t)+3f(t)}{1+3}\right)=\left(\frac{3t}2,\frac{f(3t)+3f(t)}4\right) ( 1 + 3 3 t + 3 t , 1 + 3 f ( 3 t ) + 3 f ( t ) ) = ( 2 3 t , 4 f ( 3 t ) + 3 f ( t ) ) x = 3 t 2 \displaystyle x=\frac{3t}2 x = 2 3 t , y = f ( 3 t ) + 3 f ( t ) 4 \displaystyle y=\frac{f(3t)+3f(t)}4 y = 4 f ( 3 t ) + 3 f ( t ) 라 할 때 구하는 곡선의 방정식은y = 1 4 f ( 2 x ) + 3 4 f ( 2 3 x ) \displaystyle y=\frac14f(2x)+\frac34f\left(\frac23x\right) y = 4 1 f ( 2 x ) + 4 3 f ( 3 2 x ) 따라서 g ( x ) = 1 4 f ( 2 x ) + 3 4 f ( 2 3 x ) \displaystyle g(x)=\frac14f(2x)+\frac34f\left(\frac23x\right) g ( x ) = 4 1 f ( 2 x ) + 4 3 f ( 3 2 x ) 이다.
+5점 · γ = 3 \displaystyle \gamma=3 γ = 3 임을 제시 한편 g ′ ( x ) = 1 2 f ′ ( 2 x ) + 1 2 f ′ ( 2 3 x ) \displaystyle g^{\prime}(x)=\frac12f^{\prime}(2x)+\frac12f^{\prime}\left(\frac23x\right) g ′ ( x ) = 2 1 f ′ ( 2 x ) + 2 1 f ′ ( 3 2 x ) 이고 g ′ ( x ) = 0 \displaystyle g^{\prime}(x)=0 g ′ ( x ) = 0 에서 f ′ ( 2 x ) + f ′ ( 2 3 x ) = 0 \displaystyle f^{\prime}(2x)+f^{\prime}\left(\frac23x\right)=0 f ′ ( 2 x ) + f ′ ( 3 2 x ) = 0 이므로 식 (B)로 부터 ( 5 x − 9 ) ( x − 3 ) = 0 \displaystyle (5x-9)(x-3)=0 ( 5 x − 9 ) ( x − 3 ) = 0 g ( x ) \displaystyle g(x) g ( x ) 는 x = 3 \displaystyle x=3 x = 3 에서 극솟값을 갖는다.
+5점 · 정답을 제시 50 = ∫ 0 2 f ( x ) d x = [ 1 4 x 4 − 4 x 3 + 18 x 2 + f ( 6 ) x ] 0 2 = 44 + 2 f ( 6 ) \displaystyle 50=\int_0^2f(x)\,dx=\Biggl[\frac14x^4-4x^3+18x^2+f(6)x\Biggr]_0^2=44+2f(6) 50 = ∫ 0 2 f ( x ) d x = [ 4 1 x 4 − 4 x 3 + 18 x 2 + f ( 6 ) x ] 0 2 = 44 + 2 f ( 6 ) 에서 f ( 6 ) = 3 \displaystyle f(6)=3 f ( 6 ) = 3 이고 극댓값은 f ( 2 ) = 35 \displaystyle f(2)=35 f ( 2 ) = 35 이다.
예시 답안의 내용 및 평가 기준의 내용과는 일치하지 않더라도 기술한 내용이 논리적으로 타당한 경우에는 평가위원의 판단에 따라 부분 점수를 부여할 수 있음.