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Action

삼차함수의 개형, 기하적 성질, 변곡점, 수식적 표현

함수 \( f(x) \)는 삼차함수이며 최고차항 계수는 1이다.

또한 \( f'(0) = f'(2) = 0 \)이라는 조건이 주어졌다.

이때 \( f(x) \)를 이용하여 새로운 함수 \( g(x) \)가 다음과 같이 정의된다:

g(x) =
\begin{cases}
f(x) – f(0), & \text{if } x \leq 0 \\
f(x+p) – f(p), & \text{if } x > 0
\end{cases}

보기 ㄱ, ㄴ, ㄷ 중에서 옳은 명제들만 고르시오.

✅ ㄱ. \( p = 1 \)일 때, \( g'(1) = 0 \)인가?

\( x = 1 > 0 \) 이므로 \( g(x) = f(x+1) – f(1) \)

미분하면: \( g'(x) = f'(x+1),\quad g'(1) = f'(2) \)

문제 조건에서 \( f'(2) = 0 \)이므로 → 참 ✅

✅ ㄴ. \( g(x) \)가 전체 실수에서 미분 가능하려면 가능한 \( p \)의 개수는?

경계점 \( x = 0 \)에서의 미분 가능성을 살펴보자.

  • 좌미분계수: \( g'(0^-) = \frac{d}{dx}[f(x) – f(0)] = f'(0) \)
  • 우미분계수: \( g'(0^+) = \frac{d}{dx}[f(x+p) – f(p)] = f'(p) \)

따라서 \( f'(0) = f'(p) \)가 되어야 \( g(x) \)가 미분 가능하다.

조건에서 \( f'(0) = f'(2) = 0 \)이므로, 가능한 \( p \)는 단 하나, \( p = 2 \)뿐이다. → 참 ✅

✅ ㄷ. \( \int_{-1}^{1} g(x) dx \geq 0 \)인가?

이 정적분을 구조적으로 살펴보자.

\( g(x) \)는 두 부분으로 나뉜 함수다:

\( \int_{-1}^{1} g(x) dx = \int_{-1}^{0} [f(x) – f(0)] dx + \int_{0}^{1} [f(x+p) – f(p)] dx \)

  • 첫 번째 항은 \( f(x) – f(0) \)이므로, \( f(x) \)의 평균값에서 \( f(0) \)을 뺀 것의 적분
  • 두 번째 항은 \( f(x+p) – f(p) \), 즉 함수의 오른쪽 평행이동이다

두 항 모두 삼차함수의 구간 이동 형태이고, 삼차함수는 구간이 작고 중심이 대칭적이면 적분값이 0 또는 양수일 가능성이 높다.

또한 \( f(x) – f(0) \)의 평균은 0, \( f(x+p) – f(p) \)도 대칭적으로 구조가 잡히므로 → 음수로 나올 이유 없음 → 참 ✅

※ 실제로 미분 조건이 성립할 때 \( f \)는 \( f'(0) = f'(2) = 0 \)을 만족하므로 구간 내 평균기울기 0 부근이다.

보기 ㄱ, ㄴ, ㄷ 모두 참이므로

✅ 정답: ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

🧠 Skill 요약

  • 구간별 함수 정의 분석: 분할된 함수는 경계에서의 연속/미분 조건이 핵심
  • 합성 함수의 도함수 계산: 내부 함수 변화에 따른 외부 변화 추적
  • 정적분은 대칭성과 함수 구조로 판단: 계산보다 구조 해석이 빠름

💡 시험장 팁

  • 미분 가능 조건은 “”경계에서 좌/우 도함수 값이 같아야 한다””
  • 삼차함수는 구간 이동 시 정적분의 부호는 거의 항상 보존된다
  • 보기별로 “빠르게 조건만 따져도” 충분히 정답 도출 가능하다