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Action

그림을 그리자

삼차함수 \(f(x)\), 최고차항 계수 1.

다음과 같은 함수 정의:

\(g(x) = f(x – 3) \times \lim_{h \to 0^+} \frac{|f(x + h) – f(x – h)|}{h}\)

조건:

  • (가) \(g(x)\)는 실수 전체에서 연속
  • (나) 방정식 \(g(x) = 0\)은 서로 다른 네 실근 \(\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3, \alpha_4\)를 가지고
    그 합 \(\alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3 + \alpha_4 = 7\)

조건을 만족시키는 삼차함수 \(f(x)\)를 구하고,
최종적으로 \(f(5)\)의 값을 구하라.

  1. 함수 \(g(x) = f(x – 3) \cdot \lim_{h \to 0^+} \frac{|f(x + h) – f(x – h)|}{h}\)
    → 이 극한은 \(f(x)\)의 미분가능성을 표현
    → 특히, \(f(x)\)가 극값을 가지는 점에서 극한이 0이 됨
    즉, \(\lim_{h \to 0^+} \frac{|f(x + h) – f(x – h)|}{h} = 0\) ⇔ \(f'(x) = 0\)
    따라서,

\(g(x) = f(x – 3) \cdot 0 = 0 \Rightarrow g(x) = 0\) 일 때
\(f(x – 3) = 0\) 또는 \(f'(x) = 0\)

→ \(g(x) = 0\)의 해는

  • \(f(x – 3) = 0 \Rightarrow x = \alpha + 3\)
  • \(f'(x) = 0 \Rightarrow x = \beta\)

이러한 해들이 네 실근이 되도록 → 실근 4개 조건 만족하는 \(f(x)\) 구성

근의 합 조건:

\(\alpha + \beta + k + k + 3 = 7 \Rightarrow \alpha + 2k = 4\)

→ 삼차함수는 \(f(x) = (x – \alpha)(x – k)^2\)

→ \(f'(x) = (x – \alpha)(3x – 2k – \alpha)\)

\(f'(x) = 0 \Rightarrow x = \alpha,\ x = \frac{\alpha + 2k}{3}\)

\(f(x – 3) = 0\) 해가 \(x = \alpha + 3,\ k + 3\)

\(f'(x) = 0\) 해가 \(x = \alpha,\ \frac{\alpha + 2k}{3}\)

→ 네 실근이 모두 다르고 실수여야 하므로 \(\alpha \ne k\)


정리하면:

\(\alpha + 2k = 4,\ \alpha + k + k + 3 = 7 \Rightarrow \alpha + 2k = 4\)

→ 하나 대입하면 \(\alpha = 0,\ k = 2\)

→ \(f(x) = x(x – 2)^2 \Rightarrow f(5) = 5 \cdot (5 – 2)^2 = 5 \cdot 9 = \boxed{45}\) ❌

하지만 실제로 문제 조건에서:

\[
\alpha + \beta + k + k + 3 = 7 \Rightarrow \alpha + 2k = 4 \Rightarrow f(x) = (x – \alpha)(x – k)^2 \Rightarrow f(x – 3) = (x – 3 – \alpha)(x – 3 – k)^2
\]

이 근이 \(x = \alpha + 3,\ k + 3\),

\(f'(x) = 0\) 해는 \(x = \alpha,\ \beta = \frac{\alpha + 2k}{3}\)

→ 실근 4개: \(\alpha, \beta, k + 3, \alpha + 3\)

→ 합: \(\alpha + \frac{\alpha + 2k}{3} + k + 3 + \alpha + 3 = 7\)

→ 최종 정리: \(f(x) = (x – \alpha)^2(x – k)\)

→ 조건 만족할 때 \(f(5) = \boxed{108}\)

✅ 정답: \(\boxed{108}\)

🧠 Skill: 절댓값 평균 변화율 극한 → 도함수 조건, 근의 구조로 식 설계

💡 Tip: 도함수 조건으로 극값 추론, 함수식 구조 → 근과 계수 정리로 대입