3-1. [풀이] f(x)는 미분가능 하므로 구간 [a,x], [x,b]에서 각각 제시문 <가>의 평균값의 정리를 적용시키면x−af(x)−f(a)=f′(c) (a<c<x), b−xf(b)−f(x)=f′(d) (x<d<b)를 만족하는 c, d가 존재한다.f′′(x)<0이므로 f′(x)는 감소함수이다. 또한 c<d이므로 f′(c)>f′(d)를 만족한다. 따라서 x−af(x)−f(a)>b−xf(b)−f(x)이다.
3-2. [풀이] f(t)=∫0te−x2dx라 하자. 0<t<1일 때, 제시문 <다>에 의하여 f′(t)=e−t2, f′′(t)=−2te−t2<0이므로 문제 3-1의 부등식에 의하여 t−0f(t)−f(0)>1−tf(1)−f(t)가 성립한다.f(0)=0이므로 (1−t)f(t)>t(f(1)−f(t))⇒f(t)>tf(1)이다. 따라서 ∫0te−x2dx>t∫01e−x2dx이다.
3-3. [풀이] ∫01x2f(tx)dx에서 tx=u라 치환하면 x=t1u dx=t1du이며, 적분구간은 x=0일 때 u=0, x=1일 때 u=t이다.그러므로 ∫01x2f(tx)dx=∫0tt21u2f(u)t1du=t31∫0tu2f(u)du=et이고 ∫0tu2f(u)du=t3et이다. 이제 양변을 t에 대하여 미분하면 t2f(t)=3t2et+t3et⇒f(t)=(t+3)et. 따라서 f(x)=(x+3)ex이다.