每日一题[578]构造二次函数

已知函数$f(x)=\dfrac{(x-1)\ln x}{x}$,且$f(x_1)=f(x_2)$,$x_1\neq x_2$,求证:$x_1+x_2>2$.


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分析与解 对$f(x)$求导得$$f'(x)=\dfrac {x-1+\ln x}{x^{2}}.$$当$x=1$时,$f(x)$取到极小值$0$,构造二次函数$g(x)=(x-1)^2$,考虑函数$$f(x)-g(x)=\dfrac {x-1}{x}(\ln x-x^{2}+x),$$记$h(x)=\ln x-x^2+x$,则$$h'(x)=\dfrac 1x-2x+1=\dfrac {(1-x)(1+2x)}{x}.$$所以$h(x)$在$(0,1)$上单调递增,在$(1,+\infty)$上单调递减.又因为$h(1)=0$,所以$h(x)\leqslant 0$.

从而有当$x\in(0,1)$时,$f(x)>g(x)$;当$x\in(1,+\infty)$时,$f(x)<g(x)$.

因为$f(x_1)=f(x_2)>0$,所以存在$x_3<1<x_4$,满足$$g(x_3)=g(x_4)=f(x_1)=f(x_2),$$结合上面$f(x)$与$g(x)$有大小关系有$x_3<x_1<1<x_4<x_2$,从而有$x_1+x_2>x_3+x_4=2$.屏幕快照 2016-07-26 下午3.14.54 通过构造二次函数去证明极值点的偏移,常用于解决偏移的中心对应的是极值点的情况,可以有效地减少运算量.所构造的二次函数的极值点与题中函数的极值点重合,且极值相等,通过二次函数的对称性,以及它与函数在极值点两侧的位置关系就可以得到想要的结果.

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