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已知方程 ln⁡x+x(1−m)=0(m∈R) 有两个不同的零点, 分别记为 a,b, 且 a<b.

  1. 求实数 m 的取值范围;
  2. 若不等式 t+1<ln⁡a+tln⁡b 关于 m 恒成立, 求正数 t 的取值范围.
解

  1. 原方程等价于 ln⁡xx=m−1. 熟知 f(x)=ln⁡xx 在 (0,e) 上单增, 在 (e,+∞) 上单减且值在 (0,1e) 上,因此 0<m−1<1e. 为了说明零点在 (e,+∞) 上的存在性, 只需令ln⁡xx=2ln⁡xx≤2(x−1)x<2x=m−1,
    即可说明 f(x)=m−1 在 (1,4(m−1)2),(1,e) 上各有一零点, 所以 m∈(1,1+1e).
  2. 由题意 ln⁡aa=ln⁡bb, 且 ln⁡a,ln⁡b>0, 因此取对数得 ln⁡ln⁡a−ln⁡a=ln⁡ln⁡b−ln⁡b⇒ln⁡a−ln⁡bln⁡ln⁡a−ln⁡ln⁡b=1.
    因此由对数均值不等式,ln⁡a+ln⁡b2>ln⁡a−ln⁡bln⁡ln⁡a−ln⁡ln⁡b=1.
    这样 t≥1 时, t(ln⁡b−1)≥ln⁡b−1>1−ln⁡a,
    成立; 而根据对数均值不等式的事实: m→1+1e 时 (ln⁡b−1)−(1−ln⁡a)→0, 因此 t≥1 是必要的. 这样 t≥1.