已知 $f(x)=x\ln x-\dfrac{k}{x}$ 的两个零点为 $x_1,x_2$,记 $f(x)$ 的导函数为 $f'(x)$,求证:$f'\left(\dfrac{x_1+x_2}2\right)\neq 0$.
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
略
【解析】
将问题转化为证明 $x_1+x_2\neq 2x_0$ 后,考虑到$$f''(x)=\dfrac 1x-\dfrac{2k}{x^3},$$构造函数$$h(x)=f(x)-\left[\dfrac 12f''(x_0)(x-x_0)^2+f(x_0)\right],$$则其二阶导函数$$h''(x)=f''(x)-f''(x_0)=\dfrac 1x-\dfrac{2k}{x^3}-\dfrac{1}{x_0}+\dfrac{2k}{x_0^3}=\dfrac{(x-x_0)\left[2k(x^2+x_0x+x_0^2)-x_0^2x^2\right]}{x^3x_0^3}.$$考虑到 $k<0$,于是 $2k(x^2+x_0x+x_0^2)-x_0^2x^2<0$,因此在 $(0,x_0)$ 上 $h''(x)>0$,在 $(x_0,+\infty)$ 上 $h''(x)<0$,结合 $h''(x_0)=0$ 可得在 $(0,+\infty)$ 上 $h'(x)\leqslant 0$,又 $h(x_0)=0$,因此在 $(0,x_0)$ 上 $h(x)>0$,在 $(x_0,+\infty)$ 上 $h(x)<0$,如图.这样就有 $f(x)$ 的两个零点 $x_1,x_2$($x_1<x_2$)和二次函数 $y=\dfrac 12f''(x_0)(x-x_0)^2+f(x_0)$ 的两个零点 $x_3,x_4$($x_3<x_4$)满足$$x_3<x_1<x_4<x_2,$$进而$$x_1+x_2>x_3+x_4=2x_0,$$原命题得证.
答案
解析
备注