每日一题[2913]比大小

已知正数 $a,b$ 满足等式 $a^2-b=2(2\ln b-\ln a)$,则下列不等式中可能成立的有(        )

A.$a>b^2>\dfrac 12$

B.$a<b^2<\dfrac 12$

C.$a>b>1$

D.$b<a<1$

答案    AC.

解析    根据题意,有\[a^2+2\ln a=b+4\ln b,\]记 $f(x)=x^2+2\ln x$,$g(x)=x+4\ln x$,则 $f(x),g(x)$ 均为 $\mathbb R^+$ 上的单调递增函数.考虑\[f(x)-g(x)=x^2-x-2\ln x,\]当 $x>1$ 时,有\[f(x)-g(x)<x^2-x-2\cdot \dfrac{2(x-1)}{x+1}=\dfrac{(x-1)(x^2+x-4)}{x+1},\]因此在区间 $x\in \left(1,\dfrac{-1+\sqrt{17}}2\right)$ 上,有\[f(x)-g(x)<0,\]因此取 $b\in \left(1,\dfrac{-1+\sqrt{17}}2\right)$,就有\[f(b)<g(b)=f(a)\implies a>b>1,\]选项 $\boxed{C}$ 正确. 当 $0<x<1$ 时,有\[f(x)-g(x)=x^2-x-2\ln x>x^2-x-2(x-1)=x^2-3x+2=(1-x)(2-x)>0,\]因此若 $a<1$,则\[g(b)=f(a)>g(a)\implies b>a,\]选项 $\boxed{D}$ 错误. 记 $h(x)=\sqrt x+2\ln x$,则 $f(a)=h(b^2)$,且\[f(x)-h(x)=x^2-\sqrt x=\sqrt x\left(x^{\frac 32}-1\right)\begin{cases} >0,&x>1,\\ <0,&0<x<1,\end{cases}\]因此若 $b^2>\dfrac 12$,取 $b^2\in\left(\dfrac 12,1\right)$,则\[f(a)=h(b^2)>f(b^2)\implies a>b^2,\]选项 $\boxed{A}$ 正确. 若 $a<\dfrac 12$,则\[h(b^2)=f(a)<h(a)\implies b^2<a,\]选项 $\boxed{B}$ 错误. 综上所述,选项 $\boxed{A}$ $\boxed{C}$ 正确.

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