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设函数 f(x)=xlnx.

  1. f(x) 图像上点 (1,f(1)) 处点切线方程;
  2. f(x)a(xx)x(0,+) 时恒成立,求 a 的取值范围;
  3. x1,x2(0,1), 证明: |f(x1)f(x2)||x1x2|12.
解答

  1. 容易求得答案 y=x1.

  2. 不等式两边消去 x,再令 t=x, 有 g(t)=2tlnta(t1)0,t(0,+).

    • a=2, 则g(t)=2(tlnt(t1))2(t(11t)(t1))=0,
      符合题意;
    • a>2, 记 a=ea21>1, 则 g(t)=2(1+lnt)a 在$ (1,a')$上小于 0, 从而 g(a)<g(1)=0, 不成立;
    • a<2, 则 0<a<1, g(t)(a,1) 上大于 0, 从而 g(a)<g(1)=0, 不成立.

    综上,a=2.

  3. 证明 不妨设 x1x2.

    • f(x2)f(x1), 依据不等式 x1x2x1x2 (将 x2 左移后两边平方即证), 只需要证 f(x2)f(x1)x1x2x2lnx2+x2x1lnx1+x1,
      那只需要说明 u(x)=xlnx+x(0,1) 上单增. 事实上 u(x)=1+lnx+12x,u(x)=4x14x32,
      因此 u(x) 有唯一极小值点 x=116, 故 u(x)u(116)=34ln2>3412(212)=0.
    • f(x2)<f(x1), 依据不等式 x1x2x1x2, 只需要证 f(x1)f(x2)x1x2x1lnx1x1x2lnx2x2.
      v(x)=xlnxx 满足 v(x)=lnx<0,0<x<1, 因此上式得证.