[문제 3]
+20점 · x≤0 또는 x≥1일 때, f(x)≥0을 기술하면(3-1) f(x)는 연속함수이다. x(x−1)f(x)≥0이므로 x≤0 또는 x≥1일 때 f(x)≥0이고,
+20점 · 0≤x≤1에서 f(x)≤0을 기술하면0≤x≤1일 때 f(x)≤0이다.
+20점 · f(0)=0과 f(1)=0을 보이면따라서 f(0)=0이고 f(1)=0이다.
+30점 · f(0)=0을 이용하여 c=−a임을 보이면(3-2) f(0)=a+c=0에서 c=−a이고,
+30점 · f(1)=0임을 이용하여 b=a−ae−1임을 보이면마찬가지로 f(1)=ae+1+b+c=0에서 b=a−ae−1이다.
(3-3) f′(x)=aex+2x+a−ae−1이고 a>0이므로 f′′(x)=aex+2>0이다. 따라서 함수 f(x)의 그래프는 아래로 볼록하고 f(0)=f(1)=0이다. 결국 다음 함수는 조건 (가)를 만족시킨다.
f(x)=aex+x2+(a−ae−1)x−a(a>0)
그런데 g(x)=f′(x)=aex+2x+a−ae−1이고 g′(x)=aex+2>0이므로 g(x)는 증가함수이고 g′′(x)=aex>0이므로 g(x)는 아래로 볼록하다.
+15점 · “곡선 y=g(x)와 직선 y=(a+4)x−3이 x=1일 때 만난다.”를 언급하면또한 직선 y=(a+4)x−3은 기울기가 a+4이고 점 (1,a+1)을 지나는데 g(1)=a+1이므로 곡선 y=g(x)는 x=1일 때 직선 y=(a+4)x−3과 만난다.
그러므로 조건 (나)를 만족시키도록 직선과 곡선의 위치 관계를 생각하면
g′(1)>a+4이고 g(0)>−3
이어야 한다. (아래 그림참조)

+15점 · 풀이과정이 있고 a>e−12를 구하면우선 g′(1)>a+4를 계산하면 다음을 얻는다.a>e−12
+15점 · 풀이과정이 있고 a<e−22를 구하면또한 g(0)>−3을 계산하면 다음을 얻는다.a<e−22
+15점 · 최종적으로 답 e−12<a<e−22를 구하면결국 문제의 모든 조건을 만족시키는 실수 a 값의 범위는 다음과 같다.e−12<a<e−22
(3-4) g(x)=f′(x)=aex+2x+a−ae−1, g′(x)=aex+2, g(1)=a+1, g′(1)=ae+2
이므로 x=1에서 곡선 y=g(x)에 대한 접선의 방정식은 y=(ae+2)(x−1)+a+1, 즉
y=(ae+2)x+a−ae−1
이다. 따라서
k=a−ae−1이고 k+14−4e=a(1−e)4(1−e)=a4
이다. 문제 (3-3)의 결과로부터
1.4<2(e−2)<a4<2(e−1)<3.6
60점 · 풀이과정이 있고 답 a=2 또는 a=34를 모두 구하면이므로 a4의 값으로 가능한 자연수는 2 또는 3이고, 이 때 a=2 또는 a=34이다.
(3-4) 풀이과정이 있고 답 중 하나인 a=2를 구하면 (30점)
(3-4) 풀이과정이 있고 답 중 하나인 a=34를 구하면 (30점)