问题 解答题
已知:在函数f(x)=mx3-x的图象上,以N(1,n)为切点的切线的倾斜角为
π
4

(1)求m,n的值;
(2)是否存在最小的正整数k,使得不等式f(x)≤k-1993对于x∈[-1,3]恒成立?如果存在,请求出最小的正整数k;如果不存在,请说明理由;
(3)求证:|f(sinx)+f(cosx)|≤2f(t+
1
2t
)
(x∈R,t>0).
答案

(1)f'(x)=3mx2-1,依题意,得f'(1)=tan

π
4
,即3m-1=1,m=
2
3
.…(2分)

∵f(1)=n,∴n=-

1
3
.…(3分)

(2)令f'(x)=2x2-1=0,得x=±

2
2
.…(4分)

-1<x<-

2
2
时,f'(x)=2x2-1>0;

-

2
2
<x<
2
2
时,f'(x)=2x2-1<0;

2
2
<x<3时,f'(x)=2x2-1>0.

f(-1)=

1
3
f(-
2
2
)=
2
3
f(
2
2
)=-
2
3
,f(3)=15.

因此,当x∈[-1,3]时,-

2
3
≤f(x)≤15.…(7分)

要使得不等式f(x)≤k-1993对于x∈[-1,3]恒成立,则k≥15+1993=2008.

所以,存在最小的正整数k=2008,使得不等式f(x)≤k-1993对于x∈[-1,3]恒成立.…(9分)

(3)方法一:|f(sinx)+f(cosx)|=|(

2
3
sin3x-sinx)+(
2
3
cos3x-cosx)|=|
2
3
(sin3x+cos3x)-(sinx+cosx)|
=|(sinx+cosx)[
2
3
(sin2x-sinxcosx+cos2x)-1]|
=|sinx+cosx|•|-
2
3
sinxcosx-
1
3
|
=
1
3
|sinx+cosx|3
=
1
3
|
2
sin(x+
π
4
)|3
2
2
3
.…(11分)

又∵t>0,∴t+

1
2t
2
t2+
1
4t2
≥1

2f(t+

1
2t
)=2[
2
3
(t+
1
2t
)3-(t+
1
2t
)]
=2(t+
1
2t
)[
2
3
(t2+
1
4t2
)-
1
3
]
≥2
2
(
2
3
-
1
3
)=
2
2
3
.…(13分)

综上可得,|f(sinx)+f(cosx)|≤2f(t+

1
2t
)(x∈R,t>0).…(14分)

方法二:由(2)知,函数f(x)在[-1,-

2
2
]上是增函数;在[-
2
2
2
2
]上是减函数;在[
2
2
,1]上是增函数.

f(-1)=

1
3
f(-
2
2
)=
2
3
f(
2
2
)=-
2
3
f(1)=-
1
3

所以,当x∈[-1,1]时,-

2
3
≤f(x)≤
2
3
,即|f(x)|≤
2
3

∵sinx,cosx∈[-1,1],∴|f(sinx)|≤

2
3
|f(cosx)|≤
2
3

|f(sinx)+f(cosx)|≤|f(sinx)|+|f(cosx)|≤

2
3
+
2
3
=
2
2
3
.…(11分)

又∵t>0,∴t+

1
2t
2
>1,且函数f(x)在[1,+∞)上是增函数.

2f(t+

1
2t
)≥2f(
2
)=2[
2
3
(
2
)3-
2
]=
2
2
3
.…(13分)

综上可得,|f(sinx)+f(cosx)|≤2f(t+

1
2t
)(x∈R,t>0).…(14分)

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