따라서 ∫0xf(t)dt=31x3+x2+2+a(21x2+1)⋅(−a2)=31x3이다. 양변을 x에 대하여 미분하면 f(x)=x2이다.
+10점 · a=−3임을 보이면
0=2+a∫01tf′(t)dt=2+a∫012t2dt=2+32a이므로 a=−3이다.
+20점 · 두 그래프가 원점 이외의 점에서 만나면 반드시 다른 만나는 점이 또 있음을 기술하여 두 그래프가 원점에 만나야 한다고 기술하면
(3-2) 만나는 점을 (b,b2)이라 하면 b2+(b2−h)2=x2이므로 (−b,b2)도 역시 만나는 점이 된다.따라서 b=−b가 되어 b=0이다. 즉 원점에서 만나고 그 외의 점에서는 만나면 안 된다.
+20점 · h=r임을 구하여 x2=2r−1를 얻으면
x2+(y−h)2=r2가 원점을 지나므로 h=r이다. 따라서 x2+(y−r)2=r2와 y=x2은 원점에서만 만나야 한다. 연립하여 풀면 x2+(x2−r)2=r2이 되어 x2+x4−2rx2=0이다. x=0은 이 방정식의 해이고 x=0 이외의 값은 해가 될 수 없다. 즉 1+x2−2r=0은 x=0 이외의 해를 가지면 안 된다. 따라서 x2=2r−1≤0가 되어야 하고
+20점 · r의 최댓값이 21임을 보이면
r≤21이다. 그러므로 r의 최댓값은 21이다.
+10점 · 원의 중심이 (3,0)임을 구하면
(3-3) x2+y2−6x+8=0에서 (x−3)2+y2=1을 얻을 수 있으므로 중심이 (3,0)이고 반지름이 1인 원이다.
+10점 · (3,0)과 포물선 y=x2위의 임의의 점 사이의 거리를 구하여 식 g(t)=t4+t2−6t+9(또는 g(t))를 구하면
곡선 y=f(x)위의 점 (t,t2)과 원의 중심 (3,0)사이의 거리의 제곱을 g(t)라 하면, g(t)=(t−3)2+(t2−0)2=t4+t2−6t+9이다.
g′(t)=4t3+2t−6=2(t−1)(2t2+2t+3)이고 증감을 조사하면 다음과 같다.
t
⋯
1
⋯
g′(t)
−
0
+
g(t)
↘
5
↗
+30점 · g(t)의 최솟값은 t=1에서 얻어지고 최솟값이 5임을 보이면
따라서 g(t)는 t=1에서 최솟값 5를 갖는다.
+10점 · 최종적으로 답 5−1을 구하면
곡선 y=f(x)위의 점과 원의 중심 (3,0)사이의 거리의 최솟값은 5이다. 그러므로 곡선 y=f(x)위의 점과 원 x2+y2−6x+8=0위의 점 사이의 거리의 최솟값은 5−1이다.
+20점 · P와 R에서 접선의 기울기가 같음을 알고 R의 좌표를 P를 이용하여 표현하면
(3-4) 문제의 조건을 만족하기 위해서는 곡선 y=f(x)의 점 P(t,f(t))에서의 접선의 기울기와 곡선 y=−21(x−2)2+41=h(x)의 점 R(s,h(s))에서의 접선의 기울기가 같아야 한다. 따라서 2t=2−s이다.즉 s=2−2t가 된다.
+10점 · PR2=9t4+215t2−12t+1665를 구하면
이 때, PR2=(t−(2−2t))2+(t2−h(2−2t))2=9t4+215t2−12t+1665
+20점 · 미분하여 최솟값이 t=21에 나온다는 것을 풀면
미분하여 인수분해하면 3(2t−1)(6t2+3t+4)이므로 t=21에서 최솟값을 가진다. 이 때, s=1이다.
+10점 · 최종적으로 답 22를 구하면
선분 PR의 길이가 최소가 되도록 하는 두 점이 P(21,41), R(1,−41)이므로 답은 PR=22이다.