(a) (총 30점)
+10점점 P의 좌표를 (p,0)이라 놓고 그 때의 점 Q 의 좌표를 (s,es+31)이라 두자. 곡선 y=ex+31의 점 X(x,ex+31)에 대하여 L(x)=PX2 라 하면L(x)L′(x)=(x−p)2+(ex+31)2,=2(x−p)+2ex(ex+31)이다. 그런데 선분 PX는 점 X가 점 Q 일 때 최소 (극소) 이므로L′(s)=2(s−p)+2es(es+31)=0이다. 즉,p=s+es(es+31)이다. 따라서 점 P 의 좌표는 (s+es(es+31),0)이다.
+10점점 R은 선분 PQ 를 2:1 로 내분하는 점이므로 점 R의 좌표는(3es(es+31)+s+2s,32es+32)이다. 따라서
+10점x=3es(es+31)+3s,y=32es+32라 하면 y=32es+32에서 y>92,23y=es+31,es=69y−2,s=ln(69y−2) 이므로x=369y−2⋅23y+ln(69y−2)=12y(9y−2)+ln(69y−2)이다. 따라서 점 R이 만족시키는 곡선의 방정식은 다음과 같다.x=12y(9y−2)+ln(69y−2) (단, y>92)
(b) (총 30점)
+15점곡선 y=ex+31 위의 점 Q(s,es+31) 에서의 접선의 방정식은y=es(x−s)+es+31이다. 그런데 점 S는 위의 접선의 x절편이므로 점 S의 좌표는(s−1−3es1,0)이다. 따라서 선분 PS의 길이를 ℓ(s)라 하면 다음과 같다.ℓ(s)=(es+31)(es+e−s)
+15점이때ℓ′(s)=31e−s(2es−1)(3e2s+2es+1)이고e−s>0,3e2s+2es+1>0이므로 ℓ′(s)=0의 해는 s=ln21이고, s=ln21 근방에서 ℓ′(s)의 부호는 음 (-)에서 양(+)으로 바뀌므로 ℓ(s)는 s=ln21에서 극솟값을 갖고 극소가 되는 점이 1개 밖에 없으므로 극솟값이 최솟값이 된다. 즉 ℓ(s)의 최솟값은 ℓ(ln21)=1225이다.
(c) (총 40점)
+15점점 Q가 y축 위에 있을 때 점 Q의 좌표는 (0,34)이고 그때의 점 P의 좌표는 (34,0)이다. 그러므로 t0는 방정식18t3+11t−3=34 즉 , (3t−1)(6t2+2t+313)=0의 실근이다. 그런데 6t2+2t+313>0이므로 위의 방정식은 하나의 실근t0=31을 갖는다.
+15점점 P는 t와 s로 표현되므로 t와 s는 다음의 관계식을 만족시킨다.18t3+11t−3=es(es+31)+s따라서 음함수의 미분법을 이용해서 s를 t에 대해서 미분하면54t2+11=(2e2s+31es+1)dtds이므로 s=0,t=31일 때dtds=1051이다.
+10점그런데 (b) 번에서 점 S의 좌표가 (s−1−3es1,0)이므로, 합성함수의 미분법을 이용하여 x=s−1−3es1을 t로 미분하면dtdx=dsdxdtds=(1+3es1)dtds이다. 따라서 s=0,t=31일 때 점 S의 속도는 dtdx=534이다.