함수 h(x)={(x−1)(x−4)−2(x−4)(x≤4)(x≥4)라 하면 문제에서 함수 g(t)의 성질(i)은 다음과 같다.
g(t)=∫0β(h(x)−tx)dx이고 이때 β는 h(β)=tβ인 어떤 양의 실수이다.
+2점 · t=−2일 때 f(x)=0이 실근을 갖지 않는다는 것을 증명하면 +5점 · t>−2일 때 f(x)=0이 양의 실근을 갖는다는 것을 증명하면(2-1) 모든 실수 t에 대하여 함수 f(x)는 연속이다.t=−2이면 f(x)={x2−3x+48(x≤4)(x≥4)인데 x2−3x+4=(x−23)2+47>0이므로 f(x)=0은 실근을 갖지 않는다. 한편, t>−2이면 f(0)=4>0이고 x가 커짐에 따라 f(x)가 무한히 작아지므로 f(x)=0이 되는 양의 실수 x가 존재한다.따라서, c=−2이다.
t>0일 때 h(x)=tx의 해는 유일하게 존재한다. 이 해를 β라 하면, g(t)=∫0βf(x)dx이다. 또한, x∈(0,β)에 대하여 h(x)>tx이므로 g(t)>0이다. 한편, t→∞limg(t)=0이다.t=0일 때 h(x)=tx=0의 해는 1,4이므로 g(0)의 값은 ∫01f(x)dx=611 또는 ∫04f(x)dx=−38이다.−1<t<0일 때는 f(x)=0은 세 개의 실근을 갖는다. 세 개의 실근을 α1<α2<α3라 하면∫0α1f(x)dx>0, ∫0α3f(x)dx>∫0α2f(x)dx>−38이다. 따라서 g(t)>−38이다.t=−1일 때 직선 y=tx는 곡선 y=h(x)에 접하며 접점은 (2,−2)이다. 또한 (2,−2)이외의 다른 교점도 있다. 어떤 경우이든 g(−1)>0이다.−2<t<−1이면 h(x)=tx는 하나의 실근 β(>4)를 갖고 g(t)>0이다.
+3점 · g(0)의 값이 ∫01f(x)dx=611 또는 ∫04f(x)dx=−38임을 밝히면 +7점 · g(0)=611인 이유를 정확하게 설명하면(2-2) 위에서 관찰한 것에 따르면 0이 아닌 모든 t∈(−2,∞)에 대하여 g(t)>−38이고, g(0)의 함숫값은 611 또는 −38이다. 만약, g(0)=−38이면 g(t)의 최솟값은 −38이 되고 t=0에서만 g(t)가 최솟값을 갖는다. 문제의 조건에서 함수 g(t)의 값이 최소가 되는 t의 값이 두 개 이상이라고 했으니 모순이다. 따라서 g(0)=∫01f(x)dx=611이다.
(2-3) 서로 다른 t1,t2 (t1<t2)에 대하여 t=t1,t2일 때 g(t)가 최솟값 m을 갖는다고 하자. t→∞limg(t)=0이고 g(0)=∫01f(x)dx=611이므로 함수 g(t)는 611 이하의 모든 양수를 함숫값으로 갖는다. 따라서 m은 0 이하이다. 또한 −2<t<−1와 t>0에 대하여 g(t)는 항상 양수이므로 −1<t1<t2<0임을 알 수 있다. 불연속점을 제외한 각 구간에서 g(t)는 감소한다. 따라서 g(t)는 t=t1,t2에서 불연속이다.
+4점 · 직선 y=tx가 y=(x−1)(x−4)에 접할 때 p가 최소가 될 수 있음을 밝히면 +4점 · p=−1임을 설명하면(a) g(t)는 t∈(−2,−1)에서 연속이다. 따라서 불연속점 중 가장 작은 것은 p=−1일 때 가능하다.
+2점 · 최솟값이 0 이하이고 최소가 되는 t의 값이 (−1,0)에 있어야 함을 관찰하면 +3점 · g(t)의 최솟값 m이 클수록 q−p의 값이 작아진다는 것임을 밝히면 +3점 · m=0일 때 q−p의 값이 최소가 됨을 서술하면 +2점 · r=−72임을 보이면(b) p=−1, q=t1, r=t2임을 안다. q−p=t1+1이 최소가 되려면 t1의 값이 최소이어야 한다. g(t1)=m인데 m이 클수록 t1의 값은 작아진다. m≤0이어야 하므로 g(t1)=0일 때 q−p가 최소가 된다. 이때 r의 값은 g(t2)=0이 되는 t2의 값이다.g(t2)=∫0β2f(x)dx라 하면 t2=−β22(β2−4)이고0=∫0β2f(x)dx=∫04(x−1)(x−4)dx−∫4β22(x−4)dx−t2∫0β2xdx=−38−(β22−8β2+16)+β2(β2−4)=4β2−356이다. 따라서 β2=314이고 r=t2=−72이다.