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试求最大的实数 a 和最小的实数 b, 使得对所有区间 [0,π] 中的 x, 都有 ax(πx)sinxbx(πx).


如果 x[π2,π], 作换元 x=πx[0,π2], 则不等式等价于 ax(πx)sinxbx(πx), 说明可以只研究 [0,π2] 这个范围. 记 ft(x)=sinxtx(πx).

  • 先看 a. 首先证明 g(x)=f1π(x)0. 此时 g(x)=cosx1+2xπ, g(x)=2πsinx, 所以 g(x)(0,arcsin2π) 上增, 在 (arcsin2π,π2) 上减, 所以 g(x)min{g(0),g(π2)}=0, 所以 g(x)g(0)=0. 而如果 a>1π, fa(0)=1aπ<0, 则不能有 ft(x)0 恒成立. 所以 a 的最大值为 1π.
  • 再看 b. 代入 x=π2, 有 1π24b0, 所以 b4π2. 再证明 h(x)=f4π2(x)0. 此时 h(x)=cosx+8π2x4π, h(x)=sinx+8π2. 所以 h(x)(0,arcsin8π2) 上增, 在 (arcsin8π2,π2) 上减. 而 h(π2)=0, h(0)=14π<0, 所以 h(x)(0,arcsin8π2) 上还存在一个零点. 所以 h(x)(0,x0) 上减, 在 (x0,π2) 上增. 所以 h(x)max{h(0),h(π2)}=0. 所以 b 的最小值为 4π2.

综上, a 的最大值为 1π, b 的最小值为 4π2.