Question

已知函數f（x）=sinx（x≥0），g（x）=ax（x≥0）．
（I）若f（x）≤g（x）恒成立，求實數a的取值范圍；
（II）當a取（I）中最小值時，求證：g(x)-f(x)≤

1

6

x3．

Answer 1

（Ⅰ） 由題意可得：令h（x）=f（x）-g（x）=sinx-ax（x≥0），
所以h'（x）=cosx-a．
若a≥1，h'（x）=cosx-a≤0，
所以h（x）=sinx-ax在區間[0，+∞）上單調遞減，即h（x）≤h（0）=0，
所以sinx≤ax（x≥0）成立．       （3分）
若a＜1，存在x0∈(0，

π

2

)，使得cosx₀=a，
所以x∈（0，x₀），h'（x）=cosx-a＞0，
所以h（x）=sinx-ax在區間（0，x₀）上單調遞增，
所以存在x使得h（x）＞h（0）=0，即此時f（x）≤g（x）不恒成立，
所以a＜1不符合題意舍去．
綜上，a≥1．         （5分）
（Ⅱ）由題意可得：a=1，所以g（x）=x（x≥0），
所以（x）-g（x）=sinx-x（x≥0），
所以原不等式等價于sinx-x-

1

6

x3≤0（x≥0），
設H(x)=x-sinx-

1

6

x3 (x≥0)，所以H′(x)=1-cosx-

1

2

x2．
令G(x)=1-cosx-

1

2

x2，所以G'（x）=sinx-x，
所以G'（x）=sinx-x≤0（x≥0），
所以G(x)=1-cosx-

1

2

x2在（0，+∞）上單調遞減，（8分）
因此有：G(x)=1-cosx-

1

2

x2≤G(0)=0，
即H′(x)=1-cosx-

1

2

x2≤0，
所以H(x)=x-sinx-

1

6

x3 (x≥0)單調遞減，（10分）
所以H(x)=x-sinx-

1

6

x3≤H(0)=0，
所以x-sinx-

1

6

x3≤0（x≥0）恒成立，即x-sinx≤

1

6

x3（x≥0）．         （12分）