[문제 1]
+20점 · a ∫ 0 ln 3 e − t f ( t ) d t = 1 \displaystyle a\int_0^{\ln3}e^{-t}f(t)\,dt=1 a ∫ 0 l n 3 e − t f ( t ) d t = 1 까지 구하면 (1-1) x = 0 \displaystyle x=0 x = 0 을 대입하면 0 = 1 − a ∫ 0 ln 3 e − t f ( t ) d t \displaystyle 0=1-a\int_0^{\ln3}e^{-t}f(t)\,dt 0 = 1 − a ∫ 0 l n 3 e − t f ( t ) d t 이므로 a ∫ 0 ln 3 e − t f ( t ) d t = 1 \displaystyle a\int_0^{\ln3}e^{-t}f(t)\,dt=1 a ∫ 0 l n 3 e − t f ( t ) d t = 1 이다.
+30점 · f ( x ) = e x − 3 e 3 x \displaystyle f(x)=e^x-3e^{3x} f ( x ) = e x − 3 e 3 x 를 구하면 따라서 ∫ 0 x f ( t ) d t = e x − e 3 x \displaystyle \int_0^xf(t)\,dt=e^x-e^{3x} ∫ 0 x f ( t ) d t = e x − e 3 x 이다. 양변을 x \displaystyle x x 에 대하여 미분하면 f ( x ) = e x − 3 e 3 x \displaystyle f(x)=e^x-3e^{3x} f ( x ) = e x − 3 e 3 x 이다.
+20점 · a = 1 ln 3 − 12 \displaystyle a=\frac1{\ln3-12} a = ln 3 − 12 1 를 구하면 1 = a ∫ 0 ln 3 e − t f ( t ) d t = a ∫ 0 ln 3 ( 1 − 3 e 2 t ) d t \displaystyle 1=a\int_0^{\ln3}e^{-t}f(t)\,dt=a\int_0^{\ln3}(1-3e^{2t})\,dt 1 = a ∫ 0 l n 3 e − t f ( t ) d t = a ∫ 0 l n 3 ( 1 − 3 e 2 t ) d t 이므로 a = 1 ln 3 − 12 \displaystyle a=\frac1{\ln3-12} a = ln 3 − 12 1 이다.
(1-2) 곡선 y = f ( x ) \displaystyle y=f(x) y = f ( x ) 와 y = e x \displaystyle y=e^x y = e x 은 (그림 1)과 같다.
+30점 · A ( x ) = − 3 x e 3 x \displaystyle A(x)=-3xe^{3x} A ( x ) = − 3 x e 3 x 를 보이면 꼭지점의 좌표는 ( x , e x ) \displaystyle (x,e^x) ( x , e x ) , ( x , e x − 3 e 3 x ) \displaystyle (x,e^x-3e^{3x}) ( x , e x − 3 e 3 x ) , ( 0 , e x ) \displaystyle (0,e^x) ( 0 , e x ) , ( 0 , e x − 3 e 3 x ) \displaystyle (0,e^x-3e^{3x}) ( 0 , e x − 3 e 3 x ) 이므로, 직사각형의 넓이는 A ( x ) = − 3 x e 3 x \displaystyle A(x)=-3xe^{3x} A ( x ) = − 3 x e 3 x 이다.
+20점 · A ( x ) \displaystyle A(x) A ( x ) 가 x = − 1 3 \displaystyle x=-\frac13 x = − 3 1 에서 최대임을 보이면 A ′ ( x ) = − 3 e 3 x ( 1 + 3 x ) \displaystyle A\prime(x)=-3e^{3x}(1+3x) A ′ ( x ) = − 3 e 3 x ( 1 + 3 x ) 이므로, A ′ ( − 1 3 ) = 0 \displaystyle A\prime\left(-\frac13\right)=0 A ′ ( − 3 1 ) = 0 이고, x < − 1 3 \displaystyle x<-\frac13 x < − 3 1 에서 A ′ ( x ) > 0 \displaystyle A\prime(x)>0 A ′ ( x ) > 0 이고, x > − 1 3 \displaystyle x>-\frac13 x > − 3 1 에서 A ′ ( x ) < 0 \displaystyle A\prime(x)<0 A ′ ( x ) < 0 이다. 따라서 함수 A ( x ) \displaystyle A(x) A ( x ) 는 x = − 1 3 \displaystyle x=-\frac13 x = − 3 1 에서 최대가 되고,
+30점 · 최댓값 A ( − 1 3 ) = e − 1 \displaystyle A\left(-\frac13\right)=e^{-1} A ( − 3 1 ) = e − 1 을 구하면 최댓값은 A ( − 1 3 ) = e − 1 \displaystyle A\left(-\frac13\right)=e^{-1} A ( − 3 1 ) = e − 1 이다.
+20점 · 직선 ℓ 2 \displaystyle \ell_2 ℓ 2 의 방정식 y = 2 9 \displaystyle y=\frac29 y = 9 2 을 구하면 (1-3) f ′ ( x ) = e x − 9 e 3 x = e x ( 1 − 9 e 2 x ) \displaystyle f\prime(x)=e^x-9e^{3x}=e^x(1-9e^{2x}) f ′ ( x ) = e x − 9 e 3 x = e x ( 1 − 9 e 2 x ) 이므로, f ′ ( − ln 3 ) = 0 \displaystyle f\prime(-\ln3)=0 f ′ ( − ln 3 ) = 0 이고, x < − ln 3 \displaystyle x<-\ln3 x < − ln 3 에서 f ′ ( x ) > 0 \displaystyle f\prime(x)>0 f ′ ( x ) > 0 이고, x > − ln 3 \displaystyle x>-\ln3 x > − ln 3 에서 f ′ ( x ) < 0 \displaystyle f\prime(x)<0 f ′ ( x ) < 0 이다. 따라서 함수 f ( x ) \displaystyle f(x) f ( x ) 는 x = − ln 3 \displaystyle x=-\ln3 x = − ln 3 에서 최대가 되고, 이 때 최댓값은 f ( − ln 3 ) = 2 9 \displaystyle f(-\ln3)=\frac29 f ( − ln 3 ) = 9 2 이므로, 직선 ℓ 2 \displaystyle \ell_2 ℓ 2 의 방정식은 y = 2 9 \displaystyle y=\frac29 y = 9 2 이다.
+30점 · 접선 ℓ 1 \displaystyle \ell_1 ℓ 1 의 방정식 y = − 8 x − 2 \displaystyle y=-8x-2 y = − 8 x − 2 을 구하면 f ( x ) = e x − 3 e 3 x \displaystyle f(x)=e^x-3e^{3x} f ( x ) = e x − 3 e 3 x 이므로, P = ( 0 , − 2 ) \displaystyle \mathrm P=(0,-2) P = ( 0 , − 2 ) 이다. f ′ ( 0 ) = − 8 \displaystyle f\prime(0)=-8 f ′ ( 0 ) = − 8 이므로 접선 ℓ 1 \displaystyle \ell_1 ℓ 1 의 방정식은 y = − 8 x − 2 \displaystyle y=-8x-2 y = − 8 x − 2 이다.
+10점 · 두 직선 ℓ 1 \displaystyle \ell_1 ℓ 1 과 ℓ 2 \displaystyle \ell_2 ℓ 2 의 교점의 x \displaystyle x x 좌표 − 5 18 \displaystyle -\frac5{18} − 18 5 를 구하면 − 8 x − 2 = 2 9 \displaystyle -8x-2=\frac29 − 8 x − 2 = 9 2 로부터 직선 ℓ 1 \displaystyle \ell_1 ℓ 1 과 ℓ 2 \displaystyle \ell_2 ℓ 2 의 교점의 x \displaystyle x x 좌표는 − 5 18 \displaystyle -\frac5{18} − 18 5 이다.
+20점 · 영역의 넓이 2 9 ln 3 − 1 81 \displaystyle \frac29\ln3-\frac1{81} 9 2 ln 3 − 81 1 을 구하면 따라서 곡선 y = f ( x ) \displaystyle y=f(x) y = f ( x ) 와 직선 ℓ 1 \displaystyle \ell_1 ℓ 1 , ℓ 2 \displaystyle \ell_2 ℓ 2 로 둘러싸인 영역의 넓이는 다음과 같다. (아래 (그림 2) 참고) ∫ − ln 3 − 5 18 ( 2 9 − e x + 3 e 3 x ) d x + ∫ − 5 18 0 ( − 8 x − 2 − e x + 3 e 3 x ) d x = 2 9 ln 3 − 1 81 \displaystyle \int_{-\ln3}^{-\frac5{18}}\left(\frac29-e^x+3e^{3x}\right)\,dx+\int_{-\frac5{18}}^0(-8x-2-e^x+3e^{3x})\,dx=\frac29\ln3-\frac1{81} ∫ − l n 3 − 18 5 ( 9 2 − e x + 3 e 3 x ) d x + ∫ − 18 5 0 ( − 8 x − 2 − e x + 3 e 3 x ) d x = 9 2 ln 3 − 81 1