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20函数与初等函数★★★★☆
设函数 f(x)=x2+1−axf(x)=\sqrt{x^{2}+1}-ax,其中 a>0a>0.
(1) 解不等式 f(x)⩽1f(x)\leqslant1; (2) 证明:当 a⩾1a\geqslant1 时,函数 f(x)f(x) 在区间 [0,+∞)[0,+\infty) 上是单调函数.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 当 x<0x<0 时,x2+1>1\sqrt{x^2+1}>1,且 −ax>0-ax>0,所以 f(x)>1f(x)>1,不等式无负数解. 当 x⩾0x\geqslant0 时,右端 1+ax>01+ax>0,故原不等式等价于
x2+1⩽(1+ax)2x^2+1\leqslant(1+ax)^2
即 x((1−a2)x−2a)⩽0x((1-a^2)x-2a)\leqslant0. 若 0<a<10<a<1,得到 0⩽x⩽2a1−a20\leqslant x\leqslant\frac{2a}{1-a^2};若 a⩾1a\geqslant1,对所有 x⩾0x\geqslant0 不等式都成立. 因此解集为
{[0,2a1−a2],0<a<1,[0,+∞),a⩾1.\begin{cases} \left[0,\dfrac{2a}{1-a^2}\right],&0<a<1,\\ [0,+\infty),&a\geqslant1. \end{cases}
\item 取 0⩽x1<x20\leqslant x_1<x_2. 有
f(x2)−f(x1)=(x2−x1)(x1+x2x22+1+x12+1−a)f(x_2)-f(x_1)=(x_2-x_1)\left(\frac{x_1+x_2}{\sqrt{x_2^2+1}+\sqrt{x_1^2+1}}-a\right)
由于 xi⩾0x_i\geqslant0,分式小于 11,而 a⩾1a\geqslant1,故括号内小于 00. 于是 f(x2)<f(x1)f(x_2)<f(x_1),所以 f(x)f(x) 在 [0,+∞)[0,+\infty) 上单调递减. \end{enumerate} \end{solution}

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21函数与初等函数★★★☆☆
某蔬菜基地种植西红柿,由历年市场行情得知,从二月一日起的 300300 天内,西红柿市场售价与上市时间的关系用图一的一条折线表示;西红柿的种植成本与上市时间的关系用图二的抛物线段表示.
(1) 写出图一表示的市场售价与时间的函数关系式 p=f(t)p=f(t);写出图二表示的种植成本与时间的函数关系式 Q=g(t)Q=g(t); (2) 认定市场售价减去种植成本为纯收益,问何时上市的西红柿纯收益最大?
注:市场售价与种植成本的单位:元/102 kg\text{元}/10^{2}\mathrm{~kg},时间单位:天\text{天}.
=0pt
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 由图一中折线经过 (0,300)(0,300)、(200,100)(200,100)、(300,300)(300,300),所以
p=f(t)={300−t,0⩽t⩽200,2t−300,200<t⩽300.p=f(t)=\begin{cases} 300-t, & 0\leqslant t\leqslant200,\\ 2t-300, & 200<t\leqslant300. \end{cases}
由图二的顶点 (150,100)(150,100) 及点 (50,150)(50,150) 可得 Q=g(t)=1200(t−150)2+100Q=g(t)=\frac1{200}(t-150)^2+100,0⩽t⩽3000\leqslant t\leqslant300. \item 设纯收益为 w(t)=p(t)−g(t)w(t)=p(t)-g(t). 当 0⩽t⩽2000\leqslant t\leqslant200 时,
w(t)=−1200t2+12t+1752w(t)=-\frac1{200}t^2+\frac12t+\frac{175}{2}
其对称轴为 t=50t=50,故这一段的最大值在 t=50t=50 处取得,且为 100100. 当 200<t⩽300200<t\leqslant300 时,
w(t)=−1200t2+72t−10252w(t)=-\frac1{200}t^2+\frac72t-\frac{1025}{2}
其对称轴为 t=350t=350,所以在区间 (200,300](200,300] 上递增,最大值为 w(300)=1752<100w(300)=\frac{175}{2}<100. 因此从二月一日起 5050 天时上市,纯收益最大. \end{enumerate} \end{solution}

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