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已知 a,k∈R, f(x)=xln⁡x, g(x)=(x+a)ex, 直线 y=k 与曲线 y=f(x) 和 y=g(x) 都相切.

  1. 求 a,k 的值;
  2. 若 f(x1)=f(x2)=g(x3)=g(x4)=b, 其中 x1≠x2, x3≠x4.
    1. 求实数 b 的取值范围;
    2. 求证: |1x1−1x2|>|1x3−1x4|.
解答

  1. 解 由题意, k 是 f(x),g(x) 的极值. 因为 f′(x)=1+ln⁡x 有零点 1e, 所以 k=f(1e)=−1e. 而 g′(x)=(x+a+1)ex 有零点 −a−1, 所以 g(−a−1)=−e−a−1=k=−1e⇒a=0.
    综上, k=−1e, a=0.
    1. 简解 因为 f(x),g(x) 都在各自 ≥0 的段单调, 所以只能有 b∈(−1e,0). 然后用零点存在性定理证明 x1∼x4 分别在 (0,1e), (1e,1), (−∞,−1), (−1,0) 上取到.
    2. 证明 由题意 f(xi)=g(xj) (i=1,2, j=3,4), 所以 xiln⁡xi=xjexj=exjln⁡exj. 而 xln⁡x=b 有两个根, 所以我们找到了同构关系. 不妨设 x1<x2, x3<x4, 只能有 x1=ex3,x2=ex4. 所以要证的不等式等价于1x1−1ln⁡x1>1x2−1ln⁡x2⇐ln⁡x1−x1b>ln⁡x2−x2b⇐ln⁡x1−x2<ln⁡x2−x2. 而 (ln⁡x−x)′=1x−1>0 在 (0,1) 上成立, 再结合 x1<x2, 不等式得证!