设f(x)=
(I)求函数y=f(x)-g8(x)的单调区间; (II)求证:(ⅰ)当x>0时,f(x)≥gt(x)对任意正实数t成立; (ⅱ)有且仅有一个正实数x0,使得g8(x0)≥gt(x0)对任意正实数t成立. |
(I)y=
-4x+x3 3
.由y'=x2-4=0,得x=±2.16 3
因为当x∈(-∞,-2)时,y'>0,
当x∈(-2,2)时,y'<0,
当x∈(2,+∞)时,y'>0,
故所求函数的单调递增区间是(-∞,-2),(2,+∞),
单调递减区间是(-2,2).
(II)证明:(i)方法一:
令h(x)=f(x)-gt(x)=
-tx3 3
x+2 3
t(x>0),则h′(x)=x2-t2 3
,2 3
当t>0时,由h'(x)=0,得x=t
,1 3
当x∈(x
,+∞)时,h'(x)>0,1 3
所以h(x)在(0,+∞)内的最小值是h(t
)=0.1 3
故当x>0时,f(x)≥gt(x)对任意正实数t成立.
方法二:
对任意固定的x>0,令h(t)=gt(x)=t
x-2 3
t(t>0),则h′(t)=2 3
t-2 3
(x-t1 3
),1 3
由h'(t)=0,得t=x3.
当0<t<x3时,h'(t)>0.
当t>x3时,h'(t)<0,
所以当t=x3时,h(t)取得最大值h(x3)=
x3.1 3
因此当x>0时,f(x)≥g(x)对任意正实数t成立.
(ii)方法一:f(2)=
=gt(2).8 3
由(i)得,gt(2)≥gt(2)对任意正实数t成立.
即存在正实数x0=2,使得gx(2)≥gt(2)对任意正实数t成立.
下面证明x0的唯一性:
当x0≠2,x0>0,t=8时,f(x0)=
,gx(x0)=4x0-x03 3
,16 3
由(i)得,
>4x0-x03 3
,16 3
再取t=x03,得gx03(x0)=
,x03 3
所以gx(x0)=4x0-
<16 3
=gx03(x0),x03 3
即x0≠2时,不满足gx(x0)≥gt(x0)对任意t>0都成立.
故有且仅有一个正实数x0=2,
使得gx(x0)0≥gt(x0)对任意正实数t成立.
方法二:对任意x0>0,gx(x0)=4x0-
,16 3
因为gt(x0)关于t的最大值是
x03,所以要使gx(x0)≥gt(x0)1 3
对任意正实数成立的充分必要条件是:4x0-
≥16 3
x03,1 3
即(x0-2)2(x0+4)≤0,①
又因为x0>0,不等式①成立的充分必要条件是x0=2,
所以有且仅有一个正实数x0=2,
使得gx(x0)≥gt(x0)对任意正实数t成立.