每日一题[1524]对数平均不等式

设函数 $f(x)=x-\dfrac{2}{x}-a\ln x$($a \in \mathbb{R}$,$a>0$).

1、讨论 $f(x)$ 的单调性.

2、若 $f(x)$ 有两个极值点 $x_1$ 和 $x_2$,记过点 $A(x_1,f(x_1))$,$B(x_2,f(x_2)$ 的直线的斜率为 $k$,问:是否存在 $a$,使得 $k=2-a$?若存在,求出 $a$ 的值,若不存在,请说明理由.

解析     

1、函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=\dfrac{x^2-ax+2}{x^2},\]于是讨论分界点为 $a=0,2\sqrt 2$.

情形一      $a\leqslant 2\sqrt 2$,此时 $f(x)$ 在 $(0,+\infty)$ 上单调递增.

情形二      $a>2\sqrt 2$.此时函数 $f(x)$ 在 $\left(0,\dfrac{a-\sqrt{a^2-8}}2\right)$ 上单调递增,在 $\left(\dfrac{a-\sqrt{a^2-8}}2,\dfrac{a+\sqrt{a^2-8}}2\right)$ 上单调递减,在 $\left(\dfrac{a+\sqrt{a^2-8}}2,+\infty\right)$ 上单调递增.

2、根据第 $(1)$ 小题的结果,$a>2\sqrt{2}$.此时 $x_1,x_2$ 是关于 $x$ 的方程\[x^2-ax+2=0\]的两根,于是\[k=2-a,\]即\[\dfrac{f(x_1)-f(x_2)}{x_1-x_2}=2-a,\]也即\[1+\dfrac{2}{x_1x_2}-a\cdot \dfrac{\ln x_1-\ln x_2}{x_1-x_2}=2-a.\]由韦达定理可知\[x_1x_2=2,\]于是题意即\[\dfrac{\ln x_1-\ln x_2}{x_1-x_2}=1.\]而根据对数平均不等式,有\[\dfrac{\ln x_1-\ln x_2}{x_1-x_2}< \dfrac{1}{\sqrt{x_1x_2}}=\dfrac{\sqrt{2}}{2}<1,\]因此不存在符合题意的实数 $a$.

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