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证明:不妨设a<b
由于问题仅涉及区间[a,b]上的部分,可将f(x)限制在[a,b]上,即认为a≤x≤b
注意到f''(x)>0,所以f(x)是下凸函数,即对于任意0<λ<1有f(λa+(1-λ)b)≤λf(a)+(1-λ)f(b)
取λ=(b-x)/(b-a),代入上式得到f(x)≤(b-x)f(a)/(b-a)+(x-a)f(b)/(b-a)=[(f(b)-f(a))/(b-a)]x+(bf(a)-af(b))/(b-a)
两边积分即得到原不等式右边。
另一方面,令g(x)=f(x)-{f'((a+b)/2)[x-(a+b)/2]+f((a+b)/2)},那么g'(x)=f'(x)-f'((a+b)/2),g''(x)=f''(x)>0,所以g'(x)单调递增。
当x<(a+b)/2时g'(x)<g'((a+b)/2)=0,g(x)单调递减,即g(x)>g((a+b)/2)=0
当x>(a+b)/2时g'(x)>g'((a+b)/2)=0,g(x)单调递增,即g(x)>g((a+b)/2)=0
于是g(x)≥0,即f(x)≥f'((a+b)/2)[x-(a+b)/2]+f((a+b)/2)
两边积分即得原不等式左边。
由于问题仅涉及区间[a,b]上的部分,可将f(x)限制在[a,b]上,即认为a≤x≤b
注意到f''(x)>0,所以f(x)是下凸函数,即对于任意0<λ<1有f(λa+(1-λ)b)≤λf(a)+(1-λ)f(b)
取λ=(b-x)/(b-a),代入上式得到f(x)≤(b-x)f(a)/(b-a)+(x-a)f(b)/(b-a)=[(f(b)-f(a))/(b-a)]x+(bf(a)-af(b))/(b-a)
两边积分即得到原不等式右边。
另一方面,令g(x)=f(x)-{f'((a+b)/2)[x-(a+b)/2]+f((a+b)/2)},那么g'(x)=f'(x)-f'((a+b)/2),g''(x)=f''(x)>0,所以g'(x)单调递增。
当x<(a+b)/2时g'(x)<g'((a+b)/2)=0,g(x)单调递减,即g(x)>g((a+b)/2)=0
当x>(a+b)/2时g'(x)>g'((a+b)/2)=0,g(x)单调递增,即g(x)>g((a+b)/2)=0
于是g(x)≥0,即f(x)≥f'((a+b)/2)[x-(a+b)/2]+f((a+b)/2)
两边积分即得原不等式左边。
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