每日一题[2642]孰重孰轻

已知 $a, b, c$ 满足 $a={\log _5}\left(2^b+3^b\right)$,$c={\log _3}\left(5^b-2^b\right)$,则(       )

A.$|a-c| \geqslant|b-c|$

B.$|a-c| \geqslant|b-c|$

C.$|a-b| \geqslant|b-c|$

D.$|a-b| \leqslant|b-c|$

答案    BD.

解析    根据题意,有 $b>0$(否则 $5^b-2^b<0$),设 $f(x)={\log_5}\left(2^x+3^x\right)$,$g(x)=x$,$h(x)={\log_3}\left(5^x-2^x\right)$,则在 $x\in (0,1)$ 时,有\[f(x)>g(x)>h(x),\]当 $x\in (1,+\infty)$ 时,有\[f(x)<g(x)<h(x).\]这是因为函数 $p(x)=\left(\dfrac 25\right)^x+\left(\dfrac 35\right)^x$ 在 $(0,+\infty)$ 上单调递减,于是\[p(x)\begin{cases} >1,&x\in(1,+\infty),\\ <1,&x\in (0,1),\end{cases}\implies \begin{cases} 2^x+3^x<5^x,&x\in(1,+\infty),\\ 2^x+3^x>5^x,&x\in (0,1),\end{cases}\]整理即得. 这样就有 $b$ 在 $a,c$ 之间,于是 $|a-c|\geqslant |b-c|$,选项 $\boxed{B}$ 正确;

而\[|a-b|-|b-c|=|a+c-2b|=\begin{cases} q(b),&b\in (0,1),\\ -q(b),&b\in[1,+\infty),\end{cases}\]其中\[q(x)={\log_5}\left(2^x+3^x\right)+{\log_3}\left(5^x-2^x\right)-2x,\]函数 $q(x)$ 满足 $q(1)=0$,注意到 $q(0^+)=-\infty$,排除选项 $\boxed{A}$,而\[q(x)={\log_5}\left(1+\left(\dfrac 32\right)^x\right)+{\log_3}\left(\left(\dfrac 52\right)^x-1\right)+\left({\log_5}2+{\log_3}2-2\right)x,\]于是\[\begin{split} q'(x)&=\dfrac{{\log_5}\dfrac 32}{\left(\dfrac 23\right)^x+1}+\dfrac{{\log_3}2.5}{1-\left(\dfrac 25\right)^x}+\left({\log_5}2+{\log_3}2-2\right)\\ &>\dfrac 12{\log_5}\dfrac 32+{\log_3}2.5+\left({\log_5}2+{\log_3}2-2\right)\\ &={\log_5}\sqrt 6+{\log_3}5-2\\ &>0,\end{split}\]因此 $q(x)$ 单调递增,选项 $\boxed{D}$ 得证.

另法      根据题意,有 $b>0$(否则 $5^b-2^b<0$),有\[\begin{cases} 5^a=2^b+3^b,\\ 3^c=5^b-2^b,\end{cases}\]于是\[5^{a-b}=\left(\dfrac 25\right)^b+\left(\dfrac 35\right)^b\begin{cases} >1,&0<b<1,\\ =1,&b=1,\\ <1,&b>1,\end{cases}\]且\[3^{c-b}=\left(\dfrac 53\right)^b-\left(\dfrac 23\right)^b\begin{cases} <1,&0<b<1,\\ =1,&b=1,\\ >1,&b>1,\end{cases}\]从而有\[\begin{cases} a>b>c,&0<b<1,\\ a=b=c,&b=1,\\ a<b<c,&b>1,\end{cases}\]进而 $|a-c|\geqslant |b-c|$. 又根据糖水不等式,有\[5^{a-b}=\dfrac{3^b+2^b}{3^c+2^b}\begin{cases} >3^{b-c},&b<c,\\ =1,&b=c,\\ <3^{b-c}&b>c,\end{cases}\]进而\[\begin{cases} 3^{a-b}>5^{a-b}>3^{b-c},&a<b<c,\\ a-b=b-c,&a=b=c,\\ 3^{a-b}<5^{a-b}<3^{b-c},&a>b>c,\end{cases}\implies |a-b|\leqslant |b-c|,\]从而选项 $\boxed{B}$ $\boxed{D}$ 正确.

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