本题导读
本题考查对数的运算性质、对数函数的单调性。核心在于作差比较法、属性归纳性质法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(1988年全国卷(理)) 设 ,,,比较 与 的大小,并证明你的结论.
🔍【思路分析】
破题导航
- 对数式变形: 将 变形为 ,使两个对数式具有相同的底数 。
- 比较真数大小: 比较 与 的大小。由算术-几何平均不等式(基本不等式)可知,对于 ,恒有 ,当且仅当 时等号成立。
- 分步讨论单调性: - 当 时,对数函数 在 上单调递增;
- 当 时,对数函数 在 上单调递减。 据此分别得出大小关系。
✅【答案】
Success
当 时两者相等;当 时,若 ,则 ;若 ,则
✍【详细解析】
Abstract
结论:
- 当 时,;
- 当 且 时,;
- 当 且 时,。
证明如下:
将第一个对数式变形:
考虑比较两个对数式的真数 与 。 作差:
因为 ,所以 ,由此可得: 当且仅当 即 时,等号成立。
下面对底数 的取值范围进行分类讨论:
当 时: 真数相等,即 ,此时: 两式相等。
当 时,有 :
- 若 ,对数函数 在 上是严格单调递增函数,所以:
- 若 ,对数函数 在 上是严格单调递减函数,所以:
综上所述,结论成立。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点: 对数函数的性质与运算性质,分类讨论思想,基本不等式的应用。
- 核心方法: * 同底化法: 比较对数式大小时,必须优先通过对数恒等式将其化为同底数形式。
- 性质判定法: 将对数式的大小比较转化为真数的大小比较,再利用底数决定的单调性完成最终判定。
- 避坑指南: * 漏掉底数分类讨论: 对数函数的单调性完全取决于底数 与 1 的大小关系,直接断言大或小而未对 与 进行分类属于原则性失误。
- 漏掉等号成立条件: 当 时两式相等,若在讨论中忽略了 的特殊情况,会导致结论不完整。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 本题属于典型的代数不等式与基本初等函数结合的题目,其理论背景为微积分中的琴生不等式(Jensen’s Inequality)。
- 结论推广: 由于 的凹凸性由底数 决定:
- 当 时, 的导数单调递减,其图象为凸函数(上凸),满足 。 本题中,若令 ,则: 这完美解释了本题结论的数学本质。当 时,对数图象变为凹函数(下凸),不等式方向则完全相反。
🔗【关联脉络】
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