解题思路:(I)首先求出函数的导数,然后令f′(x)=0,解出函数的极值点,最后根据导数判断函数的单调性,从而求函数y=f(x)-g8(x)的单调区间;(II)(ⅰ)由题意当x>0时,f(x)≥gt(x),求出f(x)最小指,和gt(x)的最大值,从而求证;(ⅱ)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,然后再证明x0的唯一性.
(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:
令h(x)=f(x)−gt(x)=
x3
3−t
2
3x+
2
3t(x>0),则h′(x)=x2−t
2
3,
当t>0时,由h'(x)=0,得x=t
1
3,
当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
3x−
2
3t(t>0),则h′(t)=
2
3t−
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
3x3.
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
3x03,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
3x03,
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.
点评:
本题考点: 利用导数研究函数的单调性;函数恒成立问题;利用导数求闭区间上函数的最值.
考点点评: 本题主要考查函数的基本性质,导数的应用及不等式的证明等基础知识,以及综合运用所学知识分析和解决问题的能力,难度较大.