每日一题[576]极值点偏移

已知$0<x_1<x_2$且$x_1+x_2=6$,$f(x)=\dfrac{x^3}{{\rm e}^x}$,求证:$f(x_1)<f(x_2)$.


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分析与证明 法一(A-L-G不等式)

只需要证明$\ln f(x_1)< \ln f(x_2)$,即$$3\ln x_1-x_1<3\ln x_2-x_2,\ \text{即} \ \dfrac{x_2-x_1}{\ln x_2-\ln x_1}<3,$$根据A-L-G不等式,有$$\dfrac{x_2-x_1}{\ln x_2-\ln x_1}<\dfrac{x_1+x_2}2=3,$$因此原命题得证.

法二(对称化)

设$g(x)=3\ln x-x$,则其导函数$$g'(x)=\dfrac 3x-1,$$$h(x)=g(x)-g(6-x)$,则其导函数$$h'(x)=g'(x)+g'(6-x)=\dfrac 3x+\dfrac 3{6-x}-2\geqslant \dfrac{(\sqrt 3+\sqrt 3)^2}{x+(6-x)}-2=0,$$其中用到柯西不等式.因此$h(x)$单调递增,结合$h(3)=0$,因此有当$x\in (0,3)$时,$g(x)<g(6-x)$,原命题得证.

 本题中,先取对数可以有效的简化后续的运算.

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