已知函数发f(x)二阶可导,且f(x)>0,f''(x)f(x)-f'(x)f'(x)>=0
时间: 2024-05-20 14:16:40 浏览: 166
根据已知条件,我们有:
f''(x)f(x) - f'(x)f'(x) >= 0
移项得:
f''(x)f(x) >= f'(x)f'(x)
对不等式两边同时取对数,得到:
ln[f''(x)f(x)] >= ln[f'(x)f'(x)]
应用对数的性质,得到:
ln f''(x) + ln f(x) >= 2 ln f'(x)
再次应用对数的性质,得到:
ln f''(x) - ln f'(x) + ln f(x) - ln f'(x) >= 0
即:
ln[f''(x)/f'(x)] + ln[f(x)/f'(x)] >= 0
根据f(x)>0和f'(x)>0,我们有f(x)/f'(x)>0,因此上式两边同时取对数,得到:
ln[f''(x)/f'(x)] >= -ln[f(x)/f'(x)]
即:
ln[f''(x)/f'(x)] <= ln[f'(x)/f(x)]
应用指数的性质,得到:
f''(x)/f'(x) <= 1/[f(x)/f'(x)]
即:
f''(x)/f'(x) <= f'(x)/f(x)
移项得:
f''(x)f(x) <= [f'(x)]^2
由于f(x)>0,所以f'(x)也必须大于0,因此可以除以[f'(x)]^2,得到:
[f''(x)/f'(x)] [f(x)/f'(x)] <= 1
即:
[f(x)/f'(x)]' <= 1
对上式积分,得到:
ln f(x)/f'(x) <= x + C
其中C为常数。移项,得到:
f(x)/f'(x) <= e^(x+C)
由于f(x)>0,因此f'(x)>0,所以可以除以f'(x),得到:
f(x)/[f'(x)]^2 <= e^(x+C)/f'(x)
对上式两边同时积分,得到:
∫[f(x)/[f'(x)]^2] dx <= ∫[e^(x+C)/f'(x)] dx
左边的积分可以用换元法化为:
∫(1/f'(x)) d[f(x)/f'(x)] = ln|f(x)/f'(x)| + K
其中K为常数。右边的积分可以用分部积分法化为:
∫e^(x+C)/f'(x) dx = ∫[e^(x+C) d(x+C)]/f'(x) = e^(x+C)/f'(x) - ∫[e^(x+C) f''(x)/[f'(x)]^2 dx
将上面得到的不等式代入右边的积分中,得到:
∫e^(x+C)/f'(x) dx <= e^(x+C)/f'(x) - ∫[e^(x+C) [f'(x)]^2/f(x) dx
化简,得到:
∫e^(x+C)/f'(x) dx + ∫[e^(x+C) [f'(x)]^2/f(x) dx <= e^(x+C)/f'(x)
即:
∫[e^(x+C) [f'(x)]^2/f(x) dx <= 0
由于f(x)>0,因此上式中的被积函数非负,且积分结果必须小于等于0,所以积分结果必须为0,即:
∫[e^(x+C) [f'(x)]^2/f(x) dx = 0
由于被积函数非负,且积分结果为0,因此被积函数必须恒为0。即:
e^(x+C) [f'(x)]^2/f(x) = 0
由于e^(x+C)不为0,因此必须有f'(x)=0。由于f(x)>0,因此f'(x)=0时,f(x)必须取得极值。又因为f''(x)f(x)-f'(x)f'(x)>=0,因此当f'(x)=0时,f''(x)f(x)>=0,即f(x)在极值点处的二阶导数非负。综上所述,f(x)的极值点处的二阶导数非负。因此,f(x)是凸函数。
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