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设函数 f(x)=xln⁡x.

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

  1. 解 容易求得答案 y=x−1.

  2. 解 不等式两边消去 x,再令 t=x, 有 g(t)=2tln⁡t−a(t−1)≥0,∀t∈(0,+∞).

    • 当 a=2, 则g(t)=2(tln⁡t−(t−1))≥2(t(1−1t)−(t−1))=0,
      符合题意;
    • 当 a>2, 记 a′=ea2−1>1, 则 g′(t)=2(1+ln⁡t)−a 在$ (1,a')$上小于 0, 从而 g(a′)<g(1)=0, 不成立;
    • 当 a<2, 则 0<a′<1, g′(t) 在 (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 x1≥x2.

    • 若 f(x2)≥f(x1), 依据不等式 x1−x2≥x1−x2 (将 x2 左移后两边平方即证), 只需要证 f(x2)−f(x1)≤x1−x2⟺x2ln⁡x2+x2≤x1ln⁡x1+x1,
      那只需要说明 u(x)=xln⁡x+x 在 (0,1) 上单增. 事实上 u′(x)=1+ln⁡x+12x,u″(x)=4x−14x32,
      因此 u′(x) 有唯一极小值点 x=116, 故 u′(x)≥u′(116)=3−4ln⁡2>3−4⋅12(2−12)=0.
    • 若 f(x2)<f(x1), 依据不等式 x1−x2≥x1−x2, 只需要证 f(x1)−f(x2)≤x1−x2⟺x1ln⁡x1−x1≤x2ln⁡x2−x2.
      而 v(x)=xln⁡x−x 满足 v′(x)=ln⁡x<0,∀0<x<1, 因此上式得证.