本题导读

本题考查二次函数的性质,以及均值不等式与凹凸性。

📌【题干】

Question

(2021年上海卷)16. 已知两两不同的 满足 ,且 ,,,,则下列选项中恒成立的是( )

A.               B.

C.                D.

1. 结构化处理: 设 (常数)。 则 。由于 ,可得 。

2. 构造函数: 已知条件 可以写成: 设函数 。这是一个开口向下的二次函数(上凸函数)。 上述等式即为:。

3. 利用凹凸性判定: 对于开口向下的函数(上凸函数),根据 Jensen 不等式,其两点函数值的算术平均应小于中点处的函数值: 结合已知条件得: 由于 ,而 在 上是单调递增的,因此可以由函数值的大小关系直接推导出自变量的大小关系。

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A

✅【答案】

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A

✍【详细解析】

Abstract

第一步:引入参数与函数 设 。 因为 ,所以 。 构造函数 ,其对称轴为 ,且在 上单调递增。

第二步:利用已知条件建立等式 条件 等价于:

第三步:利用凹凸性进行比较 由于 的二阶导数 ,函数为上凸函数。

根据上凸函数的定义,对于不同的 : 代入 得:

第四步:利用单调性脱去函数符号 因为 ,所以其算术平均值 。 又已知 ,且 在 上单调递增, 故由 得:

故选:A。

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💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 凹凸性是压轴题常客: 当题目中出现 与 的比较时,第一反应应是二阶导数或二次函数的开口方向。

  • 对称结构的简化: 本题中 的对称结构是换元的前提。

  1. Jensen 不等式: - 若 (上凸),则 。
  • 若 (下凸),则 。
  1. 本题的物理意义: 若将 看作以 为边的矩形面积。在周长固定的情况下,边长越接近(即 越接近 ),面积越大。题目中 是另外两个面积的算术平均值,由面积函数的凸性可知, 必须比 的平均值更靠近边缘(更小)。!

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:待补

  2. 结论推广:待补

🔗【关联脉络】

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