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已知 f(x)=x1ex (e 为自然对数的底数).

  1. f(x)(1,f(1)) 处的切线方程;
  2. f(x)=a 有两个不等的实数解 x1,x2,
    1. a 的取值范围;
    2. 求证: x1+x2>2lna.
解答

  1. xey1=0.
    1. 因为 f(x)=2xex, 所以 f(x)max=f(2)=1e2. f(x)(,2) 上单增(其中 (,1) 段为负), 在 (2,+) 上单减, 所以只有 a(0,f(2))=(0,1e2). 而 f(1)=0<a, f(2)>a, f(x)=x1ex<xex<xx22=2xf(2a)<a, 所以根据零点存在性定理可以证明解确实存在于 (1,2), (2,2a) 上. 综上 a(0,1e2).
    2. 证明 这里采用了传统的统一变量. 由 f(x1)=f(x2)x11x21=ex1x2. 不妨设 x1x2=t>0, 则 x2=1+tet1, x1=1+tetet1. 再由 f(x2)=a, 得 lna=ln(x21)x2. 所以要证的不等式等价于 (*)t1+tet1+ln(tet1)>0,t>0. 构造函数 g(x)=1x1ex1, x>0, 则 g(x)=x2ex(ex1)2x2(ex1)2. 注意到 (ex1)2=[ex20x2(et+et)dt]2>(ex20x22dt)2=x2ex, 所以 g(x)<0. 然后继续注意到的左边=t+ln(tet1)+tet11=0tg(x)dxtg(t)=0t(g(x)g(t))dx>0, 最后一步是因为 x<tg(x)>g(t). 证毕!

对于*, 也可以用传统求导方法做, 它可以去掉 ln, 所以计算量并不大.

2.2 的另证

不妨设 x1>x2. 则可以确定 x1>2>x2>1, 且 ln(xi1)=x+lna, i=1,2. 因为 0<x21<1, 所以 x2+lna=ln(x21)<2(x211)x21+1x22(2lna)x2<4. 同理 x12(2lna)x1>4, 两个不等式连接在一起就有 x12(2lna)x1>x22(2lna)x2(x1x2)[x1+x2(2lna)]>0, 所以 x1+x2>2lna.