设函数f(x)在闭区间[0 c]上具有单调减少的导数f(x) 且f(0)=0 试证:对于满足
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设函数f(x)在闭区间[0,c]上具有单调减少的导数f'(x),且f(0)=0,试证:对于满足不等式0<a<b<a+b<c的a,b,恒有
f(a)+f(6)>f(a+b)
参考答案
证法1 因函数f(x)在[0,a]上满足拉格朗日中值定理条件,故有
f(a)-f(0)=a·f'(ξ1), 0<ξ1<a而f(0)=0,所以f(a)=a·f'(ξ1)
又对f(x)在闭区间[b,a+b]上用拉格朗日中值定理,则有
f(a+b)-f(b)=a·f'(ξ2),b<ξ2<a+b于是f(a+b)-[f(a)+f(b)]=a[f'(ξ2)-f'(ξ1)]但0<ξ1<a<b<ξ2<a+b<c,而f'(x)在[0,c]上单调减少故f'(ξ2)-f'(ξ1)<0,a[f'(ξ2)-f'(ξ1)]<0,所以
f(a)+f(b)>f(a+b)
证法2 利用单调性证明,
设F(x)=f(a)+f(x)-f(a+x),由于f'(x)存在,可知F(x)在[0,c-a]上可导,且
F'(x)=f'(x)-f'(a+x)由于f'(x)在[0,c-a]上单调减少,0<a<x≤b,且a+x<c,因此
f'(x)-f'(a+x)>0可知F'(x)>0,即F(x)在[0,c-a]上单调增加
由于F(0)=f(a)+f(0)-f(a)=0,可知,当0<a<x<c-a时,必有F(x)>F(0),特别当x=b时,有
F(b)=f(a)+f(b)-f(a+b)>0即
f(a)+f(b)>f(a+b)由于题目是函数f(x)在点x=a,x=b与x=a+b处值的关系,条件中有f'(x)为单调减少函数,可以利用拉格朗日中值定理找出它们之间的关系
也有一种常见的转换方式,将b或a换为x,将所给不等式化为两个函数的不等式,从而考虑利用函数单调性证明