要证明函数 ( f(x) = x2 a ) 是增函数,我们需要证明对于任意的 ( x_1 < x_2 ),都有 ( f(x_1) < f(x_2) )。
计算 ( f(x_1) ) 和 ( f(x_2) ) 的差值:
[ f(x_1) f(x_2) = (x_12 a) (x_22 a) ]
[ = x_12 x_22 ]
[ = (x_1 + x_2)(x_1 x_2) ]
由于 ( x_1 < x_2 ),因此 ( x_1 x_2 < 0 )。同时,由于 ( x_1 ) 和 ( x_2 ) 都是实数,所以 ( x_1 + x_2 ) 是一个实数。
现在,我们需要考虑 ( x_1 + x_2 ) 的符号。如果 ( x_1 ) 和 ( x_2 ) 都是正数或者都是负数,那么 ( x_1 + x_2 ) 将是正数。如果 ( x_1 ) 和 ( x_2 ) 一个是正数一个是负数,那么 ( x_1 + x_2 ) 将是负数。
1. 如果 ( x_1 ) 和 ( x_2 ) 都是正数或都是负数,那么 ( (x_1 + x_2)(x_1 x_2) ) 是负数乘以负数,结果是正数,所以 ( f(x_1) f(x_2) > 0 ),即 ( f(x_1) < f(x_2) )。
2. 如果 ( x_1 ) 和 ( x_2 ) 一个是正数一个是负数,那么 ( (x_1 + x_2)(x_1 x_2) ) 是负数乘以正数,结果是负数,所以 ( f(x_1) f(x_2) < 0 ),即 ( f(x_1) < f(x_2) )。
因此,无论 ( x_1 ) 和 ( x_2 ) 的符号如何,只要 ( x_1 < x_2 ),我们都有 ( f(x_1) < f(x_2) )。这证明了函数 ( f(x) = x2 a ) 是一个增函数。