若对任意实数 $x\in [0,1]$,均有不等式 $\sqrt{1-x}+\sqrt{1+x}\leqslant 2-bx^2$ 恒成立,则 $b$ 的最大值为
【难度】
【出处】
【标注】
  • 知识点
    >
    微积分初步
    >
    导数问题中的技巧
    >
    端点分析
  • 题型
    >
    不等式
    >
    恒成立与存在性问题
【答案】
$\dfrac 14$
【解析】
令 $f(x)=\sqrt{1-x}+\sqrt{1+x}-2+bx^2$,接下来先通过端点分析得到 $b$ 取值的必要条件.
分析分析端点 $x=1$,可得 $b\leqslant 2-\sqrt 2$;而分析端点 $x=0$,有 $f(0)=0$,进而考虑其导数$$f'(x)=-\dfrac 12\left(1-x\right)^{-\frac 12}+\dfrac 12\left(1+x\right)^{-\frac 12}+2bx,$$有$$f'(0)=0,$$再求导,有$$f'^\prime(x)=-\dfrac 14\left(1-x\right)^{-\frac 32}-\dfrac 14\left(1+x\right)^{-\frac 32}+2b,$$有$$f''(0)=-\dfrac 12+2b.$$我们知道,必然有 $f''(0)\leqslant 0$(否则在 $0$ 的右邻域内有 $f'(x)$ 单调递增,因此 $f'(x)>0$,进而 $f(x)$ 单调递增,矛盾),从而解得 $b\leqslant \dfrac 14$.
论证接下来证明 $b$ 可以取到 $\dfrac 14$,用分析法.\[\begin{split}&\qquad\sqrt{1-x}+\sqrt{1+x}\leqslant 2-\dfrac 14x^2\\&\Leftarrow 2+2\sqrt{1-x^2}\leqslant 4-x^2+\dfrac 1{16}x^4\\&\Leftarrow 2\sqrt{1-x^2}\leqslant 2-x^2\\&\Leftarrow 4\left(1-x^2\right)\leqslant \left(2-x^2\right)^2\\&\Leftarrow 0\leqslant x^4.\end{split}\]因此 $b$ 的最大值为 $\dfrac 14$.
题目 答案 解析 备注
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