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22导数及其应用★★★★★
设 f(x)=x33f(x) = \frac{x^3}{3},对任意实数 tt,记 gt(x)=t23x−23tg_t(x) = t^{\frac{2}{3}}x - \frac{2}{3}t.
(1) 求函数 y=f(x)−g8(x)y = f(x) - g_8(x) 的单调区间; (2) 求证:
① 当 x>0x > 0 时,f(x)⩾gt(x)f(x) \geqslant g_t(x) 对任意实数 tt 成立; ② 有且仅有一个正实数 x0x_0,使得 g8(x0)⩾gt(x0)g_8(x_0) \geqslant g_t(x_0) 对任意实数 tt 成立.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 令 h(x)=f(x)−g8(x)h(x)=f(x)-g_8(x). 因为 823=48^{\frac{2}{3}}=4,所以 h(x)=x33−4x+163h(x)=\frac{x^3}{3}-4x+\frac{16}{3},h′(x)=x2−4=(x−2)(x+2)h'(x)=x^2-4=(x-2)(x+2). 当 x<−2x<-2 或 x>2x>2 时,h′(x)>0h'(x)>0;当 −2<x<2-2<x<2 时,h′(x)<0h'(x)<0. 因此,y=f(x)−g8(x)y=f(x)-g_8(x) 在 (−∞,−2](-\infty,-2] 和 [2,+∞)[2,+\infty) 上单调递增,在 [−2,2][-2,2] 上单调递减. \item 题设中参数 tt 取任意实数. 在实数范围内,若 t=−st=-s 且 s>0s>0,则
(−s)23=(−s3)2=s23(-s)^{\frac{2}{3}}=\left(\sqrt[3]{-s}\right)^2=s^{\frac{2}{3}}
\begin{enumerate} \item 取 x=1x=1,t=−1t=-1,则 f(1)=13f(1)=\frac13,g−1(1)=1+23=53g_{-1}(1)=1+\frac23=\frac53, 所以 f(1)<g−1(1)f(1)<g_{-1}(1),题面所述的“不论 tt 为何实数”命题不成立. \item 对任意正实数 x0x_0,令 t=−st=-s,则 g−s(x0)=s23x0+23s⟶+∞g_{-s}(x_0)=s^{\frac{2}{3}}x_0+\frac23s\longrightarrow+\infty,(s⟶+∞)(s\longrightarrow+\infty) 而 g8(x0)=4x0−163g_8(x_0)=4x_0-\dfrac{16}{3} 是定值. 因此不存在正实数 x0x_0,使 g8(x0)⩾gt(x0)g_8(x_0)\geqslant g_t(x_0) 对任意实数 tt 成立. \end{enumerate} 因此,按题设“任意实数 tt”理解,第二问的两个待证命题均不成立;若题面原意是“任意正实数 tt”,则需另行讨论. \end{enumerate} \end{solution}

2007 · 浙江 · 理 · 第 22 题 · 解答题

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