不等式 $x^3+(1-x^2)^{\frac{3}{2}}\geqslant 1$ 的解集是
【难度】
【出处】
全国高中数学联赛模拟试题(4)
【标注】
  • 知识点
    >
    代数变形
    >
    代数式的形
    >
    换元
  • 知识点
    >
    不等式
  • 知识点
    >
    不等式
    >
    解不等式
【答案】
$\{0,1\}$
【解析】
令 $\sqrt{1-x^2}=y$,则 $x^2+y^2=1$,原不等式化为 $x^3+y^3\geqslant 1$.故$$\begin{aligned}
0&\leqslant x^3+y^3-x^2-y^2=x^2(x-1)+y^2(y-1)\\
&=(1-y^2)(x-1)+(1-x^2)(y-1)\\
&=-(y^2-1)(x-1)-(x^2-1)(y-1)\\
&=-(1-x)(1-y)(x+y+2).\\
\end{aligned}$$因为 $1=x^2+y^2\geqslant x^2$,所以 $|x|\leqslant 1$.同理,$|y|\leqslant 1$.故 $1\pm x\geqslant 0, 1\pm y\geqslant 0, x+y+2\geqslant 0$.
若 $x+y+2=0$,则 $x+1=y+1=0$,不满足 $x^2+y^2=1$.因此,$x+y+2>0$.于是,不等式化为 $(1-x)(1-y)\leqslant 0$.
但 $1-x\geqslant 0, 1-y\geqslant 0$,故 $(1-x)(1-y)=0$,解得 $(x,y)=(1,0)$ 或 $(0,1)$.
经检验,$x=0$ 或 $1$ 都是原不等式的解.故不等式的解集为 $\{0,1\}$
题目 答案 解析 备注
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