每日一题[3129]李普希兹条件

1定义:对于定义在区间 $I$ 上的函数 $f(x)$ 和正数 $\alpha$($0<\alpha \leqslant 1$),若存在正数 $M$,使得不等式 $\left|f\left(x_{1}\right)-f\left(x_{2}\right)\right| \leqslant M\left|x_{1}-x_{2}\right|^{\alpha}$ 对任意 $x_{1}, x_{2} \in I$ 恒成立,则称函数 $f(x)$ 在区间 $I$ 上满足 $\alpha$ 阶李普希兹条件,则下列说法正确的有(       )

A.函数 $f(x)=\sqrt{x}$ 在 $[1,+\infty)$ 上满足 $\dfrac{1}{2}$ 阶李普希兹条件

B.若函数 $f(x)=x \ln x$ 在 $[1, \mathrm{e}]$ 上满足一阶李普希兹条件,则 $M$ 的最小值为 $2$

C.若函数 $f(x)$ 在 $[a, b]$ 上满足 $M=k$($0<k<1$)的一阶李普希兹条件,且方程 $f(x)=x$ 在区间 $[a, b]$ 上有解 $x_{0}$,则 $x_{0}$ 是方程 $f(x)=x$ 在区间 $[a, b]$ 上的唯一解

D.若函数 $f(x)$ 在 $[0,1]$ 上满足 $M=1$ 的一阶李普希兹条件,且 $f(0)=f(1)$,则存在满足条件的函数 $f(x)$,存在 $x_{1}, x_{2} \in[0,1]$,使得 $\left|f\left(x_{1}\right)-f\left(x_{2}\right)\right|=\dfrac{2}{3}$

答案    ABC.

解析    对于选项 $\boxed{A}$,当 $x_1>x_2\geqslant 1$ 且 $\alpha=\dfrac 12$ 时,有\[ \dfrac{|f(x_1)-f(x_2)|}{|x_1-x_2|^{\alpha}}=\dfrac{\sqrt{x_1}-\sqrt{x_2}}{\sqrt{x_1-x_2}}=\dfrac{\sqrt t-1}{\sqrt{t-1}}=\sqrt{1-\dfrac{2}{\sqrt t+1}}<1,\]其中 $t=\dfrac{x_1}{x_2}$.因此存在正数 $M=1$ 符合李普希兹条件,选项正确;

对于选项 $\boxed{B}$,当 $1\leqslant x_2<x_1\leqslant {\rm e}$ 且 $\alpha=1$ 时,有\[\dfrac{|f(x_1)-f(x_2)|}{|x_1-x_2|^{\alpha}}=\dfrac{x_1\ln x_1-x_2\ln x_2}{x_1-x_2},\]该式不大于 $M$ 等价于函数 $g(x)=x\ln x-Mx$ 在 $[1,{\rm e}]$ 上单调递减,而\[g'(x)=\ln x-(M-1),\]因此 $M$ 的最小值为 $2$,选项正确;

对于选项 $\boxed{C}$,若 $f(x)=x$ 在区间 $[a,b]$ 上有两解 $x_1,x_2$,则\[\dfrac{|f(x_1)-f(x_2)|}{|x_1-x_2|}=1>k,\]与函数 $f(x)$ 在 $[a, b]$ 上满足 $M=k$($0<k<1$)的一阶李普希兹条件矛盾,选项正确;

对于选项 $\boxed{D}$,不妨设 $x_1>x_2$.若 $x_1-x_2\leqslant \dfrac 12$,则\[|f(x_1)-f(x_2)|\leqslant |x_1-x_2|\leqslant \dfrac 12.\] 若 $ x_1-x_2>\dfrac 12 $,则\[|f(x_1)-f(x_2)|=|f(x_1)-f(0)+f(1)-f(x_2)|\leqslant |f(x_1)-f(0)|+|f(1)-f(x_2)|\leqslant |x_1-0|+|1-x_2|=1-(x_1-x_2)<\dfrac 12,\]因此选项错误.

综上所述,正确的选项为 $ \boxed{A}$ $\boxed{B}$ $\boxed{C}$.

此条目发表在每日一题分类目录,贴了标签。将固定链接加入收藏夹。

发表回复