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[函数] 还是来自群……

已知函数$f(x)=a\ln x-(x-1)^2-ax$,设$a>0$,如果对于$f(x)$的图象上两点$P_1(x_1,f(x_1)),P_2(x_2,f(x_2))$ $(x_1<x_2)$,存在$x_0\in(x_1,x_2)$,使得$f(x)$的图象在$x=x_0$处的切线$m//P_1P_2$,求证
\[x_0<\frac{x_1+x_2}2.\]

由已知得
\[f'(x_0)=\frac{f(x_1)-f(x_2)}{x_1-x_2},\]
代入数据解得
\[2x_{0}-\frac{a}{x_{0}}=x_{1}+x_{2}-\frac{a(\ln x_{1}-\ln x_{2})}{x_{1}-x_{2}},\]
下面证明
\[\frac{\ln x_{1}-\ln x_{2}}{x_{1}-x_{2}}>\frac{2}{x_{1}+x_{2}},(*)\]
令$\frac{x_{1}}{x_{2}}=t\in(0,1)$,则上式等价于
\[\ln t<2-\frac{4}{t+1},\]
令$g(t)=\ln t-2+\frac{4}{t+1}$,则$g(1)=0$且
\[g'(t)=\frac{(1-t)^{2}}{t(1+t)^{2}}>0,\]
从而当$t\in(0,1)$时必有$g(t)<0$,式(*)得证,于是由$a>0$得到
\[2x_{0}-\frac{a}{x_{0}}=x_{1}+x_{2}-\frac{a(\ln x_{1}-\ln x_{2})}{x_{1}-x_{2}}<2\cdot \frac{x_{1}+x_{2}}{2}-\frac{a}{\frac{x_{1}+x_{2}}{2}},\]
显然当$a>0,x>0$时$h(x)=2x-\frac ax$为增函数,从而由上式有
\[h(x_0)<h\left(\frac{x_1+x_2}2\right) \iff x_0<\frac{x_1+x_2}2.\]
本主题由 kuing 于 2013-1-19 19:33 分类
基本信息:kuing,GG,19880618~?,地道广州人,高中毕业,无业游民,不等式爱好者,论坛混混;
现状:冇钱又冇样、冇型又冇款、冇身材又冇文采、冇学历又冇能力、冇高度冇速度冇力度兼夹冇野做!(粤语)

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