问题 解答题
f(x)=
x3
3
,对任意实数t,记gt(x)=t
2
3
x-
2
3
t

(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.
答案

(I)y=

x3
3
-4x+
16
3
.由y'=x2-4=0,得x=±2.

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:

h(x)=f(x)-gt(x)=

x3
3
-t
2
3
x+
2
3
t(x>0),则h′(x)=x2-t
2
3

当t>0时,由h'(x)=0,得x=t

1
3

x∈(x

1
3
,+∞)时,h'(x)>0,

所以h(x)在(0,+∞)内的最小值是h(t

1
3
)=0.

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

2
3
x-
2
3
t(t>0),则h′(t)=
2
3
t-
1
3
(x-t
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)=

1
3
x3

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)=

8
3
=gt(2).

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)=

x03
3
gx(x0)=4x0-
16
3

由(i)得,

x03
3
>4x0-
16
3

再取t=x03,得gx03(x0)=

x03
3

所以gx(x0)=4x0-

16
3
x03
3
=gx03(x0),

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

1
3
x03,所以要使gx(x0)≥gt(x0

对任意正实数成立的充分必要条件是:4x0-

16
3
1
3
x03

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.

选择题
配伍题 B1型题