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2026학년도 9월 모의평가 수학 15번 풀이·해설

다항함수의 적분정답 5 · 평가원 정답표 검증 완료

어떤 문제인가

이 문제는 정적분으로 정의된 함수 $g(x)$의 도함수를 구하고, 주어진 조건들을 만족하는 삼차함수 $f(x)$를 찾아내는 문제입니다.

우리가 이 문제를 풀기 위해 꼭 알아야 할 핵심 개념은 다음과 같습니다:

단계별 풀이

1단계: $g'(x)$ 구하기와 조건 (가) 해석하기

먼저 정적분으로 정의된 함수 $g(x)$를 미분해 봅시다. 정적분과 미분의 관계에 의해 다음과 같습니다.

$$g'(x) = |f(x)| - |x|$$

조건 (가)에서 방정식 $g'(x) = 0$의 서로 다른 실근의 개수가 $4$라고 했습니다.

$$g'(x) = 0 \iff |f(x)| = |x|$$

이 방정식의 실근은 $y = |f(x)|$와 $y = |x|$의 교점의 $x$좌표입니다.

문제에서 $f(0) = 0$이라고 했으므로, $x=0$은 항상 이 방정식의 실근이 됩니다 ($|f(0)| = |0| = 0$).

따라서 $x=0$을 제외하고 서로 다른 실근이 3개 더 존재해야 합니다.

2단계: 이차함수로 바꾸어 가능한 경우를 모두 찾기

$f(0)=0$이므로 $f(x)=xq(x)$로 놓읍시다. $q(x)$는 최고차항의 계수가 양수인 이차함수입니다.

$$g'(x)=|x|\bigl(|q(x)|-1\bigr)$$

따라서 $0$ 이외의 근은 $q(x)=1$ 또는 $q(x)=-1$에서 생깁니다. $x=2,6$에서는 극값을 가지므로 $g'$의 부호가 바뀌어야 합니다. 이 두 점은 수평선 $y=1$ 또는 $y=-1$과 접하는 점이 아니라 가로지르는 점입니다.

포물선 $y=q(x)$의 최솟값을 $v$라 합시다.

$$q(x)=\frac12(x-4)^2-1$$

입니다. 이때 $0<x<2$에서 $q(x)>1$이므로 $g(2)>0$이고 $f(6)=6$입니다. 곱이 양수이므로 제외합니다.

3단계: 네 교점이 있는 경우를 빠짐없이 나누기

같은 높이에 있는 두 교점은 포물선의 축에 대해 대칭입니다. 따라서 네 교점의 $x$좌표를 작은 순서로 $r_1,r_2,r_3,r_4$라 하면

$$r_1+r_4=r_2+r_3$$

이고, 바깥쪽 두 점은 $q=1$, 안쪽 두 점은 $q=-1$을 만족합니다. 이미 $0,2,6$이 있으므로 나머지 점은 $-4,4,8$ 중 하나입니다.

교점의 $x$좌표$q(x)$$f(6)$$g(2)$의 부호
$-4,0,2,6$$-1+\frac1{12}x(x-2)$$6$양수
$0,2,4,6$$1+\frac14x(x-6)$$6$음수
$0,2,6,8$$1+\frac16x(x-8)$$-6$음수

첫 번째 경우에는 $0<x<2$에서 $q(x)<-1$이므로 $g'(x)>0$입니다. 나머지 두 경우에는 이 구간에서 $-1<q(x)<1$이므로 $g'(x)<0$입니다. $g(0)=0$이므로 표의 부호를 얻습니다.

따라서 $f(6)g(2)<0$을 만족하는 것은 두 번째 경우뿐입니다.

4단계: 함수식과 극값 조건 확인하기

$$f(x)=x\left(1+\frac14x(x-6)\right)=\frac14x^3-\frac32x^2+x$$

입니다. 이때 $g'$의 서로 다른 근은 $0,2,4,6$이고, $2$에서는 음수에서 양수로, $6$에서는 음수에서 양수로 부호가 바뀝니다. 따라서 두 점 모두 극값을 갖습니다.

5단계: 조건 검증 및 최종 계산

$a = \frac{1}{4}$일 때 삼차함수 $f(x)$를 구해봅시다.

$$f(x) - x = \frac{1}{4}x^2(x-6)$$

$$f(x) = \frac{1}{4}x^3 - \frac{3}{2}x^2 + x$$

이 함수가 조건들을 모두 만족하는지 검증해 봅시다.

이제 우리가 구하고자 하는 $f(8)$의 값을 계산해 봅시다.

$$f(8) = \frac{1}{4}(8)^3 - \frac{3}{2}(8)^2 + 8$$

$$f(8) = \frac{1}{4}(512) - \frac{3}{2}(64) + 8$$

$$f(8) = 128 - 96 + 8 = 40$$

답

정답은 ⑤ ($40$) 입니다.

확인해보기

두 수평선 $y=1$, $y=-1$이 위로 열린 포물선과 각각 두 점에서 만날 때, 왜 바깥쪽 두 교점의 $x$좌표의 합과 안쪽 두 교점의 $x$좌표의 합이 같을까요? 포물선의 대칭축을 이용해 설명해 보세요.

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