А можно ли строго математически это обосновать?
Можно. С помощью (интуитивно очевидных) соображений выпуклости-вогнутости. И это обосновывается вполне строго, и даже вполне легко, стоит лишь пару производных прикинуть и парочку теорем применить.
Но! в части
В никакой строгости не требуется, т.е. не требуется никаких формальных обоснований, требуется лишь формальный ответ (а предполагается лишь общематематическая грамотность, позволяющая выдать грамотный результат исходя пусть даже и из соображений здравого смысла). Ну плюс ещё, конечно, визуальное знакомство с несколькими стандартными графиками стандартных функций. И умение их по мере необходимости сдвигать/растягивать. Это всё -- вполне разумно, и вполне в рамках программы.