设
f(x)=3x3,对任意实数
t,记
gt(x)=t32x−32t.
(1) 求函数
y=f(x)−g8(x) 的单调区间;
(2) 求证:
① 当
x>0 时,
f(x)⩾gt(x) 对任意实数
t 成立;
② 有且仅有一个正实数
x0,使得
g8(x0)⩾gt(x0) 对任意实数
t 成立.
\begin{solution}
\begin{enumerate}
\item 令
h(x)=f(x)−g8(x). 因为
832=4,所以
h(x)=3x3−4x+316,
h′(x)=x2−4=(x−2)(x+2).
当
x<−2 或
x>2 时,
h′(x)>0;当
−2<x<2 时,
h′(x)<0. 因此,
y=f(x)−g8(x) 在
(−∞,−2] 和
[2,+∞) 上单调递增,在
[−2,2] 上单调递减.
\item 题设中参数
t 取任意实数. 在实数范围内,若
t=−s 且
s>0,则
(−s)32=(3−s)2=s32
\begin{enumerate}
\item 取
x=1,
t=−1,则
f(1)=31,
g−1(1)=1+32=35,
所以
f(1)<g−1(1),题面所述的“不论
t 为何实数”命题不成立.
\item 对任意正实数
x0,令
t=−s,则
g−s(x0)=s32x0+32s⟶+∞,
(s⟶+∞)
而
g8(x0)=4x0−316 是定值. 因此不存在正实数
x0,使
g8(x0)⩾gt(x0) 对任意实数
t 成立.
\end{enumerate}
因此,按题设“任意实数
t”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
t”,则需另行讨论.
\end{enumerate}
\end{solution}