085_02M_q12
85 學測數學 第 12 題
📅 85 年 📝 學測數學 第 12 題 題型:多選 課綱:99課綱
設 $a > b > 1000$。令 $p = \sqrt{\log_7 a \cdot \log_7 b}$ , $q = \dfrac{1}{2}(\log_7 a + \log_7 b)$ , $r = \log_7\left(\dfrac{a + b}{2}\right)$,則下列敘述何者正確?
  1. $q = \log_7 \sqrt{ab}$
  2. $q > r$
  3. $r < p < q$
  4. $p < q < r$
  5. $q < p < r$
算幾不等式,對數函數的圖形與性質,函數的凹凸性指數與對數
答案

$(1)(4)$

多選題

詳解
因為 $a > b > 1000 > 1$,所以 $\log_7 a > \log_7 b > 0$。 1. **分析 $p$ 與 $q$**: - $p = \sqrt{\log_7 a \cdot \log_7 b}$ 是 $\log_7 a$ 與 $\log_7 b$ 的幾何平均數(GM)。 - $q = \dfrac{1}{2}(\log_7 a + \log_7 b)$ 是 $\log_7 a$ 與 $\log_7 b$ 的算術平均數(AM)。 根據對數性質: $$q = \log_7 (ab)^{\frac{1}{2}} = \log_7 \sqrt{ab}$$ 因此選項 $(1)$ 正確。 因為 $a \neq b$,所以 $\log_7 a \neq \log_7 b$,根據算幾不等式(AM > GM): $$q > p$$ 2. **分析 $q$ 與 $r$**: 考慮對數函數 $y = \log_7 x$。由於底數 $7 > 1$,此函數圖形在第一象限是嚴格單調遞增且**凹向下**(concave down)的曲線。 根據凹函數性質(Jensen 不等式): $$\log_7\left(\dfrac{a + b}{2}\right) > \dfrac{\log_7 a + \log_7 b}{2} \implies r > q$$ 因此選項 $(2)$ 錯誤。 3. **綜合比較大小**: $$p < q < r$$ 由此可知,選項 $(4)$ 正確,選項 $(3)$ 和 $(5)$ 錯誤。 故正確答案為 $(1)(4)$。

題目來源:大學入學考試中心公開試題。

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