问答题 设f"(x)<0,f(0)=0,证明对任何x 1 >0,x 2 >0,有f(x 1 +x 2 )<f(x 1 )+f(x 2 ).
【正确答案】
【答案解析】证法1 令F(x)=f(x)+f(x 2 )-f(x+x 2 ),F(0)=0,又F"(x)=f"(x)-f"(x+x 2 )=f"(ξ)(-x 2 )>0.ξ∈(x,x+x 2 )(拉格朗日中值定理),故F(x 1 )>F(0)=0,x 1 >0,即f(x 1 )+f(x 2 )-f(x 1 +x 2 )>0.
证法2 不妨设x 1 ≤x 2 (x 2 ≤x 1 时类似可证),则由拉格朗日中值定理可得
f(x 1 )-f(0)=x 1 f"(ξ 1 ),0<ξ 1 <x 1
f(x 1 +x 2 )-f(x 2 )=x 1 f"(ξ 2 ),x 2 <ξ 2 <x 1 +x 2
又已知f"(x)<0,故f"(ξ 2 )<f"(ξ 1 ).比较以上两式即得
f(x 1 +x 2 )<f(x 1 )+f(x 2 ).
证法1采用把其中一个常量字母x 1 改为变量x(常数变量化)转化为函数不等式,再利用单调性的手段加以证明,这种方法是证明这类常数不等式常用的一种方法.