+5점 · 1 ≤ ℓ ≤ 9 \displaystyle 1\le\ell\le9 1 ≤ ℓ ≤ 9 를 제시 [논제 1] g ( 0 ) = ℓ \displaystyle g(0)=\ell g ( 0 ) = ℓ , g ′ ( 0 ) = 2 3 ℓ \displaystyle g^{\prime}(0)=\frac23\ell g ′ ( 0 ) = 3 2 ℓ 이므로 g ( x ) = x 2 + ( 2 3 ℓ ) x + ℓ \displaystyle g(x)=x^2+\left(\frac23\ell\right)x+\ell g ( x ) = x 2 + ( 3 2 ℓ ) x + ℓ 이다. 판별식 D = 4 ℓ ( ℓ − 9 ) 9 \displaystyle D=\frac{4\ell(\ell-9)}9 D = 9 4 ℓ ( ℓ − 9 ) 로부터 ℓ ≥ 10 \displaystyle \ell\ge10 ℓ ≥ 10 이면 F ( x ) = 0 \displaystyle F(x)=0 F ( x ) = 0 은 서로 다른 실근을 3 \displaystyle 3 3 개 이상 가지게 되므로 F ( x ) < 0 \displaystyle F(x)<0 F ( x ) < 0 이 되는 x \displaystyle x x 가 존재한다. 따라서 1 ≤ ℓ ≤ 9 \displaystyle 1\le\ell\le9 1 ≤ ℓ ≤ 9 .
+5점 · f ( x ) \displaystyle f(x) f ( x ) 를 제시 한편 F ( 3 ) = 0 \displaystyle F(3)=0 F ( 3 ) = 0 이고 모든 실수 x \displaystyle x x 에 대하여 F ( x ) ≥ 0 \displaystyle F(x)\ge0 F ( x ) ≥ 0 이므로 F ( x ) \displaystyle F(x) F ( x ) 는 x = 3 \displaystyle x=3 x = 3 에서 극솟값 0 \displaystyle 0 0 을 갖는다. 따라서 F ′ ( 3 ) = 0 \displaystyle F^{\prime}(3)=0 F ′ ( 3 ) = 0 이고 g ( 3 ) > 0 \displaystyle g(3)>0 g ( 3 ) > 0 이므로 f ( x ) = ( x − 3 ) 2 \displaystyle f(x)=(x-3)^2 f ( x ) = ( x − 3 ) 2 이고, F ′ ( x ) = 2 x ( x − 3 ) ( 2 x − 3 + ℓ ) \displaystyle F^{\prime}(x)=2x(x-3)(2x-3+\ell) F ′ ( x ) = 2 x ( x − 3 ) ( 2 x − 3 + ℓ )
+5점 · 정답을 제시 (ⅰ) ℓ ≠ 3 \displaystyle \ell\ne3 ℓ = 3 인 경우 : F ( x ) \displaystyle F(x) F ( x ) 는 x = 0 \displaystyle x=0 x = 0 , x = 3 \displaystyle x=3 x = 3 , x = 3 − ℓ 2 \displaystyle x=\frac{3-\ell}2 x = 2 3 − ℓ 에서 극값을 갖는다. F ( 0 ) \displaystyle F(0) F ( 0 ) 과 F ( 3 ) \displaystyle F(3) F ( 3 ) 은 정수이고, 극값 F ( 3 − ℓ 2 ) = − 1 48 ( ℓ − 9 ) ( ℓ + 3 ) 3 \displaystyle F\left(\frac{3-\ell}2\right)=-\frac1{48}(\ell-9)(\ell+3)^3 F ( 2 3 − ℓ ) = − 48 1 ( ℓ − 9 ) ( ℓ + 3 ) 3 은 ℓ = 9 \displaystyle \ell=9 ℓ = 9 일 때만 정수가 된다. (ⅱ) ℓ = 3 \displaystyle \ell=3 ℓ = 3 인 경우 : F ( x ) \displaystyle F(x) F ( x ) 는 x = 3 \displaystyle x=3 x = 3 에서만 극값을 갖고 F ( 3 ) = 0 \displaystyle F(3)=0 F ( 3 ) = 0 이므로 정수이다. (ⅰ), (ⅱ)에 의해 자연수 ℓ \displaystyle \ell ℓ 의 개수는 2 \displaystyle 2 2
+7점 · s \displaystyle s s 의 값을 제시 [논제 2] G ′ ( x ) = F ′ ( x ) e F ( x ) \displaystyle G^{\prime}(x)=F^{\prime}(x)e^{F(x)} G ′ ( x ) = F ′ ( x ) e F ( x ) 이고 e F ( x ) > 0 \displaystyle e^{F(x)}>0 e F ( x ) > 0 이므로 두 함수 G ( x ) \displaystyle G(x) G ( x ) 와 F ( x ) \displaystyle F(x) F ( x ) 가 극값을 갖는 x \displaystyle x x 의 값은 서로 같다. F ( 3 ) = 0 \displaystyle F(3)=0 F ( 3 ) = 0 이고 모든 실수 x \displaystyle x x 에 대하여 F ( x ) ≥ 0 \displaystyle F(x)\ge0 F ( x ) ≥ 0 이므로 F ( x ) \displaystyle F(x) F ( x ) 는 x = 3 \displaystyle x=3 x = 3 에서 극솟값을 갖는다. 따라서, F ′ ( 3 ) = f ′ ( 3 ) g ( 3 ) + f ( 3 ) g ′ ( 3 ) = 0 \displaystyle F^{\prime}(3)=f^{\prime}(3)g(3)+f(3)g^{\prime}(3)=0 F ′ ( 3 ) = f ′ ( 3 ) g ( 3 ) + f ( 3 ) g ′ ( 3 ) = 0 에서 f ′ ( 3 ) g ( 3 ) = 0 \displaystyle f^{\prime}(3)g(3)=0 f ′ ( 3 ) g ( 3 ) = 0 이므로 f ′ ( 3 ) = 0 \displaystyle f^{\prime}(3)=0 f ′ ( 3 ) = 0 또는 g ( 3 ) = 0 \displaystyle g(3)=0 g ( 3 ) = 0 . (ⅰ) g ( 3 ) = 0 \displaystyle g(3)=0 g ( 3 ) = 0 인 경우 : f ( x ) = ( x − 3 ) ( x − α ) , g ( x ) = ( x − 3 ) ( x − β ) \displaystyle f(x)=(x-3)(x-\alpha),\quad g(x)=(x-3)(x-\beta) f ( x ) = ( x − 3 ) ( x − α ) , g ( x ) = ( x − 3 ) ( x − β ) 라 할 때, α = 3 \displaystyle \alpha=3 α = 3 또는 β = 3 \displaystyle \beta=3 β = 3 이면 F ( x ) \displaystyle F(x) F ( x ) 가 극댓값을 갖지 않는다. 따라서 α ≠ 3 , β ≠ 3 \displaystyle \alpha\ne3,\beta\ne3 α = 3 , β = 3 이다. 또한, F ( x ) = 0 \displaystyle F(x)=0 F ( x ) = 0 은 서로 다른 실근을 3 \displaystyle 3 3 개 이상 갖지 않으므로 α = β \displaystyle \alpha=\beta α = β 이다. 그러나 이 경우 f ( x ) = g ( x ) \displaystyle f(x)=g(x) f ( x ) = g ( x ) 이므로 논제의 조건을 만족하는 교점이 존재하지 않는다. (ⅱ) f ′ ( 3 ) = 0 \displaystyle f^{\prime}(3)=0 f ′ ( 3 ) = 0 인 경우 : f ( x ) = ( x − 3 ) 2 \displaystyle f(x)=(x-3)^2 f ( x ) = ( x − 3 ) 2 한편 논제의 조건에 의해 f ′ ( s ) g ′ ( s ) = − 1 \displaystyle f^{\prime}(s)g^{\prime}(s)=-1 f ′ ( s ) g ′ ( s ) = − 1 이고 f ( s ) = g ( s ) \displaystyle f(s)=g(s) f ( s ) = g ( s ) 이므로 F ′ ( s ) = f ′ ( s ) g ( s ) + f ( s ) g ′ ( s ) = f ( s ) ( f ′ ( s ) + g ′ ( s ) ) = 0 \displaystyle F^{\prime}(s)=f^{\prime}(s)g(s)+f(s)g^{\prime}(s)=f(s)(f^{\prime}(s)+g^{\prime}(s))=0 F ′ ( s ) = f ′ ( s ) g ( s ) + f ( s ) g ′ ( s ) = f ( s ) ( f ′ ( s ) + g ′ ( s )) = 0 s > 3 \displaystyle s>3 s > 3 에 대하여 f ( s ) > 0 \displaystyle f(s)>0 f ( s ) > 0 이므로 f ′ ( s ) + g ′ ( s ) = 0 \displaystyle f^{\prime}(s)+g^{\prime}(s)=0 f ′ ( s ) + g ′ ( s ) = 0 . 두 식f ′ ( s ) g ′ ( s ) = − 1 , f ′ ( s ) + g ′ ( s ) = 0 \displaystyle f^{\prime}(s)g^{\prime}(s)=-1,\quad f^{\prime}(s)+g^{\prime}(s)=0 f ′ ( s ) g ′ ( s ) = − 1 , f ′ ( s ) + g ′ ( s ) = 0 이고 f ′ ( s ) > 0 \displaystyle f^{\prime}(s)>0 f ′ ( s ) > 0 이므로 f ′ ( s ) = 2 ( s − 3 ) = 1 \displaystyle f^{\prime}(s)=2(s-3)=1 f ′ ( s ) = 2 ( s − 3 ) = 1 에서 s = 7 2 \displaystyle s=\frac72 s = 2 7
+8점 · F ( x ) \displaystyle F(x) F ( x ) 를 제시 g ( 7 2 ) = f ( 7 2 ) , g ′ ( 7 2 ) = − 1 \displaystyle g\left(\frac72\right)=f\left(\frac72\right),\quad g^{\prime}\left(\frac72\right)=-1 g ( 2 7 ) = f ( 2 7 ) , g ′ ( 2 7 ) = − 1 에서 g ( x ) = x 2 − 8 x + 16 = ( x − 4 ) 2 \displaystyle g(x)=x^2-8x+16=(x-4)^2 g ( x ) = x 2 − 8 x + 16 = ( x − 4 ) 2 이므로 F ( x ) = ( x − 3 ) 2 ( x − 4 ) 2 \displaystyle F(x)=(x-3)^2(x-4)^2 F ( x ) = ( x − 3 ) 2 ( x − 4 ) 2 이고 F ( 7 2 ) = ( 7 2 − 3 ) 2 ( 7 2 − 4 ) 2 = 1 16 . \displaystyle F\left(\frac72\right)=\left(\frac72-3\right)^2\left(\frac72-4\right)^2=\frac1{16}. F ( 2 7 ) = ( 2 7 − 3 ) 2 ( 2 7 − 4 ) 2 = 16 1 .
+5점 · 정답을 제시 그러므로 G ( 7 2 ) = e 1 16 \displaystyle G\left(\frac72\right)=e^{\frac1{16}} G ( 2 7 ) = e 16 1 .
+8점 · S ( t ) \displaystyle S(t) S ( t ) 를 제시 [논제 3] b + c = M \displaystyle b+c=M b + c = M 라 하면 − a x 2 + b = a x 2 − c \displaystyle -ax^2+b=ax^2-c − a x 2 + b = a x 2 − c 에서 α = − M 2 a \displaystyle \alpha=-\sqrt{\frac M{2a}} α = − 2 a M 이고 β = M 2 a \displaystyle \beta=\sqrt{\frac M{2a}} β = 2 a M 이므로 A ( − M 2 a , b − c 2 ) , B ( M 2 a , b − c 2 ) \displaystyle \mathrm{A}\left(-\sqrt{\frac M{2a}},\frac{b-c}2\right),\quad\mathrm{B}\left(\sqrt{\frac M{2a}},\frac{b-c}2\right) A ( − 2 a M , 2 b − c ) , B ( 2 a M , 2 b − c ) α < t < β \displaystyle \alpha<t<\beta α < t < β 인 실수 t \displaystyle t t 에 대하여P ( − t , − a t 2 + b ) , Q ( t , a t 2 − c ) \displaystyle \mathrm{P}(-t,-at^2+b),\mathrm{Q}(t,at^2-c) P ( − t , − a t 2 + b ) , Q ( t , a t 2 − c ) 이고 β − α = 2 M 2 a \displaystyle \beta-\alpha=2\sqrt{\frac M{2a}} β − α = 2 2 a M , α β = − M 2 a \displaystyle \alpha\beta=-\frac M{2a} α β = − 2 a M 이므로 S ( t ) = 1 2 ( β − α ) [ h ( − t ) − b − c 2 ] + 1 2 ( β − α ) [ b − c 2 − k ( t ) ] = M 2 a ( − 2 a t 2 + M ) \displaystyle \begin{aligned}S(t)&=\frac12(\beta-\alpha)\left[h(-t)-\frac{b-c}2\right]+\frac12(\beta-\alpha)\left[\frac{b-c}2-k(t)\right]\\&=\sqrt{\frac M{2a}}(-2at^2+M)\end{aligned} S ( t ) = 2 1 ( β − α ) [ h ( − t ) − 2 b − c ] + 2 1 ( β − α ) [ 2 b − c − k ( t ) ] = 2 a M ( − 2 a t 2 + M )
+7점 · a = 1 , b + c = 48 \displaystyle a=1,b+c=48 a = 1 , b + c = 48 을 제시 따라서, ∫ α / 2 β / 2 S ( t ) d t = M 2 a ( β − α ) { − 1 12 a ( β 2 + α 2 + α β ) + M 2 } \displaystyle \int_{\alpha/2}^{\beta/2}S(t)\,dt=\sqrt{\frac M{2a}}(\beta-\alpha)\left\{-\frac1{12}a(\beta^2+\alpha^2+\alpha\beta)+\frac M2\right\} ∫ α /2 β /2 S ( t ) d t = 2 a M ( β − α ) { − 12 1 a ( β 2 + α 2 + α β ) + 2 M } β 2 + α 2 + α β = ( β − α ) 2 + 3 α β = M 2 a \displaystyle \beta^2+\alpha^2+\alpha\beta=(\beta-\alpha)^2+3\alpha\beta=\frac M{2a} β 2 + α 2 + α β = ( β − α ) 2 + 3 α β = 2 a M 이므로∫ α / 2 β / 2 S ( t ) d t = 11 M 2 24 a \displaystyle \int_{\alpha/2}^{\beta/2}S(t)\,dt=\frac{11M^2}{24a} ∫ α /2 β /2 S ( t ) d t = 24 a 11 M 2 한편 22 a 2 α β + 33 ( b + c ) = 11 ( 3 − a ) ( b + c ) \displaystyle 22a^2\alpha\beta+33(b+c)=11(3-a)(b+c) 22 a 2 α β + 33 ( b + c ) = 11 ( 3 − a ) ( b + c ) 이므로 11 M 2 24 a = 11 ( 3 − a ) M \displaystyle \frac{11M^2}{24a}=11(3-a)M 24 a 11 M 2 = 11 ( 3 − a ) M , 즉 M = 24 a ( 3 − a ) \displaystyle M=24a(3-a) M = 24 a ( 3 − a ) 이다. M \displaystyle M M 은 자연수이므로 a = 1 , 2 \displaystyle a=1,2 a = 1 , 2 이고 b + c = 48 \displaystyle b+c=48 b + c = 48 이다.0 < h ( 4 ) − k ( 4 ) = − 32 a + b + c \displaystyle 0<h(4)-k(4)=-32a+b+c 0 < h ( 4 ) − k ( 4 ) = − 32 a + b + c 이므로 a = 1 \displaystyle a=1 a = 1 이고 h ( x ) = − x 2 + b \displaystyle h(x)=-x^2+b h ( x ) = − x 2 + b 이고 k ( x ) = x 2 − c \displaystyle k(x)=x^2-c k ( x ) = x 2 − c 이다.
+5점 · 정답을 제시 따라서 ∑ n = 3 11 h ( n ) − ∑ n = 1 9 k ( n ) = ∑ n = 1 11 { h ( n ) − k ( n ) } − h ( 1 ) − h ( 2 ) + k ( 10 ) + k ( 11 ) = ∑ n = 1 11 ( − 2 n 2 + b + c ) − 2 ( b + c ) + 226 = − 354 \displaystyle \begin{aligned}\sum_{n=3}^{11}h(n)-\sum_{n=1}^9k(n)&=\sum_{n=1}^{11}\{h(n)-k(n)\}-h(1)-h(2)+k(10)+k(11)\\&=\sum_{n=1}^{11}(-2n^2+b+c)-2(b+c)+226=-354\end{aligned} n = 3 ∑ 11 h ( n ) − n = 1 ∑ 9 k ( n ) = n = 1 ∑ 11 { h ( n ) − k ( n )} − h ( 1 ) − h ( 2 ) + k ( 10 ) + k ( 11 ) = n = 1 ∑ 11 ( − 2 n 2 + b + c ) − 2 ( b + c ) + 226 = − 354
예시 답안의 내용 및 평가 기준의 내용과는 일치하지 않더라도 기술한 내용이 논리적으로 타당한 경우에는 평가위원의 판단에 따라 부분 점수를 부여할 수 있음.