+8점 · 함수 f ( x ) \displaystyle f(x) f ( x ) 의 그래프 또는 식을 제시 [논제 1] 조건 ( f ( x ) − 3 ) ( f ( x ) + 3 ) ( 2 f ( x ) − x 3 + a 2 x ) = 0 \displaystyle (f(x)-3)(f(x)+3)(2f(x)-x^3+a^2x)=0 ( f ( x ) − 3 ) ( f ( x ) + 3 ) ( 2 f ( x ) − x 3 + a 2 x ) = 0 에서 각각의 실수 x \displaystyle x x 에 대하여 f ( x ) = 3 \displaystyle f(x)=3 f ( x ) = 3 또는 f ( x ) = − 3 \displaystyle f(x)=-3 f ( x ) = − 3 또는 f ( x ) = 1 2 x ( x − a ) ( x + a ) \displaystyle f(x)=\frac12x(x-a)(x+a) f ( x ) = 2 1 x ( x − a ) ( x + a ) f 0 ( x ) = 1 2 x ( x − a ) ( x + a ) \displaystyle f_0(x)=\frac12x(x-a)(x+a) f 0 ( x ) = 2 1 x ( x − a ) ( x + a ) 라 하자. 함수 f ( x ) \displaystyle f(x) f ( x ) 의 그래프가 x \displaystyle x x 축과 만나는 점이 1 \displaystyle 1 1 개이고 함수 f ( x ) \displaystyle f(x) f ( x ) 의 최댓값과 최솟값의 합이 양수이므로1) lim x → − ∞ f ( x ) = − 3 \displaystyle \lim_{x\to-\infty}f(x)=-3 x → − ∞ lim f ( x ) = − 3 , lim x → ∞ f ( x ) = 3 \displaystyle \lim_{x\to\infty}f(x)=3 x → ∞ lim f ( x ) = 3 이고 f 0 ( x ) \displaystyle f_0(x) f 0 ( x ) 의 극댓값이 3 \displaystyle 3 3 보다 크거나 2) lim x → − ∞ f ( x ) = 3 \displaystyle \lim_{x\to-\infty}f(x)=3 x → − ∞ lim f ( x ) = 3 , lim x → ∞ f ( x ) = − 3 \displaystyle \lim_{x\to\infty}f(x)=-3 x → ∞ lim f ( x ) = − 3 이고 f 0 ( x ) \displaystyle f_0(x) f 0 ( x ) 의 극댓값이 3 \displaystyle 3 3 보다 커야 한다.
+7점 · 정답을 제시 f 0 ( x ) \displaystyle f_0(x) f 0 ( x ) 는 극댓값 f 0 ( − a 3 ) = 3 9 a 3 \displaystyle f_0\left(-\frac a{\sqrt3}\right)=\frac{\sqrt3}9a^3 f 0 ( − 3 a ) = 9 3 a 3 을 갖고 위의 1)과 2)에 의하여 함수 f ( x ) \displaystyle f(x) f ( x ) 의 최댓값은 f 0 ( x ) \displaystyle f_0(x) f 0 ( x ) 의 극댓값인 3 9 a 3 \displaystyle \frac{\sqrt3}9a^3 9 3 a 3 이다. 이때 함수 f ( x ) \displaystyle f(x) f ( x ) 의 최솟값은 − 3 \displaystyle -3 − 3 이므로 3 9 a 3 + ( − 3 ) = 24 \displaystyle \frac{\sqrt3}9a^3+(-3)=24 9 3 a 3 + ( − 3 ) = 24 이고, a = 3 3 \displaystyle a=3\sqrt3 a = 3 3
+8점 · 함수 f ( x ) \displaystyle f(x) f ( x ) 의 그래프 또는 식을 제시 [논제 2] 함수 f ( x ) \displaystyle f(x) f ( x ) 에 따른 g ( k ) \displaystyle g(k) g ( k ) 의 값을 살펴보면, 1) lim x → − ∞ f ( x ) = − ∞ \displaystyle \lim_{x\to-\infty}f(x)=-\infty x → − ∞ lim f ( x ) = − ∞ , lim x → ∞ f ( x ) = ∞ \displaystyle \lim_{x\to\infty}f(x)=\infty x → ∞ lim f ( x ) = ∞ 일 때 : lim k → − ∞ g ( k ) = lim k → ∞ g ( k ) = 1 \displaystyle \lim_{k\to-\infty}g(k)=\lim_{k\to\infty}g(k)=1 k → − ∞ lim g ( k ) = k → ∞ lim g ( k ) = 1 2) lim x → − ∞ f ( x ) = − ∞ \displaystyle \lim_{x\to-\infty}f(x)=-\infty x → − ∞ lim f ( x ) = − ∞ , lim x → ∞ f ( x ) = ± 3 \displaystyle \lim_{x\to\infty}f(x)=\pm3 x → ∞ lim f ( x ) = ± 3 일 때 : lim k → − ∞ g ( k ) = 0 \displaystyle \lim_{k\to-\infty}g(k)=0 k → − ∞ lim g ( k ) = 0 , lim k → ∞ g ( k ) = 2 \displaystyle \lim_{k\to\infty}g(k)=2 k → ∞ lim g ( k ) = 2 3) lim x → − ∞ f ( x ) = ± 3 \displaystyle \lim_{x\to-\infty}f(x)=\pm3 x → − ∞ lim f ( x ) = ± 3 , lim x → ∞ f ( x ) = ± 3 \displaystyle \lim_{x\to\infty}f(x)=\pm3 x → ∞ lim f ( x ) = ± 3 일 때 : lim k → − ∞ g ( k ) = lim k → ∞ g ( k ) = 1 \displaystyle \lim_{k\to-\infty}g(k)=\lim_{k\to\infty}g(k)=1 k → − ∞ lim g ( k ) = k → ∞ lim g ( k ) = 1 4) lim x → − ∞ f ( x ) = ± 3 \displaystyle \lim_{x\to-\infty}f(x)=\pm3 x → − ∞ lim f ( x ) = ± 3 , lim x → ∞ f ( x ) = ∞ \displaystyle \lim_{x\to\infty}f(x)=\infty x → ∞ lim f ( x ) = ∞ 일 때 : lim k → − ∞ g ( k ) = 2 \displaystyle \lim_{k\to-\infty}g(k)=2 k → − ∞ lim g ( k ) = 2 , lim k → ∞ g ( k ) = 0 \displaystyle \lim_{k\to\infty}g(k)=0 k → ∞ lim g ( k ) = 0 조건 (1)에 의해 가능한 경우는 위의 4) 뿐이고, lim x → − ∞ f ( x ) = 3 \displaystyle \lim_{x\to-\infty}f(x)=3 x → − ∞ lim f ( x ) = 3 인 경우 g ( − a ) = 2 \displaystyle g(-a)=2 g ( − a ) = 2 , lim x → − ∞ f ( x ) = − 3 \displaystyle \lim_{x\to-\infty}f(x)=-3 x → − ∞ lim f ( x ) = − 3 인 경우 g ( − a ) = 3 \displaystyle g(-a)=3 g ( − a ) = 3 이므로 lim x → − ∞ f ( x ) = − 3 \displaystyle \lim_{x\to-\infty}f(x)=-3 x → − ∞ lim f ( x ) = − 3 위의 사실과 조건 (3)에 의해 함수 f ( x ) \displaystyle f(x) f ( x ) 의 그래프는 다음과 같다.
+7점 · a = 7 \displaystyle a=\sqrt7 a = 7 을 제시 조건 (4)로부터 점 ( − 3 , − 3 ) \displaystyle (-3,-3) ( − 3 , − 3 ) 은 직선 y = − 3 \displaystyle y=-3 y = − 3 과 곡선 y = 1 2 x ( x − a ) ( x + a ) \displaystyle y=\frac12x(x-a)(x+a) y = 2 1 x ( x − a ) ( x + a ) 의 교점이다.
− 3 = 1 2 ( − 3 ) ( − 3 − a ) ( − 3 + a ) \displaystyle -3=\frac12(-3)(-3-a)(-3+a) − 3 = 2 1 ( − 3 ) ( − 3 − a ) ( − 3 + a ) 로부터 a = 7 \displaystyle a=\sqrt7 a = 7 . 따라서
+5점 · 정답을 제시 f ( x ) = { − 3 ( x < − 3 ) 1 2 x ( x − 7 ) ( x + 7 ) ( − 3 ≤ x < − 2 ) 3 ( − 2 ≤ x < − 1 ) 1 2 x ( x − 7 ) ( x + 7 ) ( x ≥ − 1 ) \displaystyle f(x)=\begin{cases}-3&(x<-3)\\\frac12x(x-\sqrt7)(x+\sqrt7)&(-3\le x<-2)\\3&(-2\le x<-1)\\\frac12x(x-\sqrt7)(x+\sqrt7)&(x\ge-1)\end{cases} f ( x ) = ⎩ ⎨ ⎧ − 3 2 1 x ( x − 7 ) ( x + 7 ) 3 2 1 x ( x − 7 ) ( x + 7 ) ( x < − 3 ) ( − 3 ≤ x < − 2 ) ( − 2 ≤ x < − 1 ) ( x ≥ − 1 ) 이므로 f ( − 2 a ) + f ( − a 2 ) + f ( 2 a ) = 21 7 \displaystyle f(-2a)+f\left(-\frac a2\right)+f(2a)=21\sqrt7 f ( − 2 a ) + f ( − 2 a ) + f ( 2 a ) = 21 7
+7점 · ∫ sin x 4 4 x d x = ∫ t sin t d t \displaystyle \int\frac{\sin\sqrt[4]x}{4\sqrt x}\,dx=\int t\sin t\,dt ∫ 4 x sin 4 x d x = ∫ t sin t d t 를 제시 [논제 3] x = t 4 \displaystyle x=t^4 x = t 4 이라고 하면 sin x 4 = sin t , x = t 2 , d x = 4 t 3 d t \displaystyle \sin\sqrt[4]x=\sin t,\sqrt x=t^2,dx=4t^3dt sin 4 x = sin t , x = t 2 , d x = 4 t 3 d t . 치환적분법을 이용하면 ∫ sin x 4 4 x d x = ∫ t sin t d t \displaystyle \int\frac{\sin\sqrt[4]x}{4\sqrt x}\,dx=\int t\sin t\,dt ∫ 4 x sin 4 x d x = ∫ t sin t d t
+8점 · a n \displaystyle a_n a n 을 제시 한편 부분적분법을 이용하면 ∫ x sin x d x = − x cos x + sin x + C \displaystyle \int x\sin x\,dx=-x\cos x+\sin x+C ∫ x sin x d x = − x cos x + sin x + C (C \displaystyle C C 는 적분상수)이므로 a n = 1 4 π ∫ π 4 n 4 π 4 sin u 4 u d u = 1 π ∫ π n π x sin x d x = 1 π [ − x cos x + sin x ] π n π = − n ( − 1 ) n − 1 \displaystyle a_n=\frac1{4\pi}\int_{\pi^4}^{n^4\pi^4}\frac{\sin\sqrt[4]u}{\sqrt u}\,du=\frac1\pi\int_\pi^{n\pi}x\sin x\,dx=\frac1\pi\Biggl[-x\cos x+\sin x\Biggr]_\pi^{n\pi}=-n(-1)^n-1 a n = 4 π 1 ∫ π 4 n 4 π 4 u sin 4 u d u = π 1 ∫ π nπ x sin x d x = π 1 [ − x cos x + sin x ] π nπ = − n ( − 1 ) n − 1
+5점 · 정답을 제시 따라서 a 2 n − 1 = 2 n − 2 \displaystyle a_{2n-1}=2n-2 a 2 n − 1 = 2 n − 2 이고 a 2 n = − 2 n − 1 \displaystyle a_{2n}=-2n-1 a 2 n = − 2 n − 1 이므로 ∑ n = 1 ∞ 2 a 2 n 2 a 2 n − 1 = ∑ n = 1 ∞ 2 − 4 n + 1 = ∑ n = 1 ∞ 1 8 ( 1 16 ) n − 1 = 1 8 1 − 1 16 = 2 15 \displaystyle \sum_{n=1}^\infty\frac{2^{a_{2n}}}{2^{a_{2n-1}}}=\sum_{n=1}^\infty2^{-4n+1}=\sum_{n=1}^\infty\frac18\left(\frac1{16}\right)^{n-1}=\frac{\frac18}{1-\frac1{16}}=\frac2{15} n = 1 ∑ ∞ 2 a 2 n − 1 2 a 2 n = n = 1 ∑ ∞ 2 − 4 n + 1 = n = 1 ∑ ∞ 8 1 ( 16 1 ) n − 1 = 1 − 16 1 8 1 = 15 2
예시 답안의 내용 및 평가 기준의 내용과는 일치하지 않더라도 기술한 내용이 논리적으로 타당한 경우에는 평가위원의 판단에 따라 부분 점수를 부여할 수 있음.