每日一题[2951]对数平均

已知函数 $f(x)=\ln x-\dfrac{a}{2} x^2+x+2$($a \in \mathbb{R}$).

1、讨论函数 $f(x)$ 的单调性.

2、若函数 $g(x)=f(x)+b x-2$($a \neq 0$)的两个零点为 $x_1, x_2$($x_1 \neq x_2$),证明:$g^{\prime}\left(\dfrac{x_1+x_2}{2}\right)<0$.

解析

1、函数 $f(x)$ 的导函数为\[f'(x)=\dfrac 1x-ax+1=\dfrac{-ax^2+x+1}{x},\]当 $a\leqslant 0$ 时,函数 $f(x)$ 在 $(0,+\infty)$ 上单调递增;当 $a>0$ 时,函数 $f(x)$ 在 $\left(0,\dfrac{1+\sqrt{1+4 a}}{2a}\right)$ 上单调递增,在 $ \left(0,\dfrac{1+\sqrt{1+4a}}{2a}\right)$ 上单调递增,在 $ \left(\dfrac{1+\sqrt{1+4a}}{2a},+\infty\right)$ 上单调递减.

2、根据题意,有\[g(x)=\ln x-\dfrac a2x^2+(b+1)x,\]其导函数\[g'(x)=\dfrac 1x-ax+(b+1),\]于是\[\ln x_1-\dfrac a2x_1^2+(b+1)x_1=\ln x_2-\dfrac a2x_2^2+(b+1)x_2,\]进而\[\ln x_1-\ln x_2=(x_1-x_2)\left(\dfrac a2(x_1+x_2)-(b+1)\right),\]也即\[\dfrac{x_1-x_2}{\ln x_1-\ln x_2}=\dfrac{1}{\dfrac{2}{x_1+x_2}-g'\left(\dfrac{x_1+x_2}2\right)},\]根据对数平均不等式,有\[\sqrt{x_1x_2}<\dfrac{x_1-x_2}{\ln x_1-\ln x_2}<\dfrac{x_1+x_2}2,\]于是\[\dfrac{1}{\dfrac{2}{x_1+x_2}-g'\left(\dfrac{x_1+x_2}2\right)}<\dfrac{x_1+x_2}2,\]从而\[1<1-\dfrac{x_1+x_2}2\cdot g'\left(\dfrac{x_1+x_2}2\right),\]命题得证.

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