1683

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已知函数 f(x)=(x−1)ln⁡x+e (其中 e 为自然对数的底数).

  1. 求函数 f(x) 的单调区间;
  2. 当 x∈(1e,1) 时, 证明: f(x)<−x+e+1;
  3. 若 f(x)=b 有两个不同的实数解 x1,x2, 且 1e<x1<x2, 求证: x1+(2−1e)x2<e+1.
解答

  1. 解 f′(x)=x−1x+ln⁡x. x>1 时, x−1x,ln⁡x>0, 所以 f′(x)>0, f(x) 单增; 同理 0<x<1 时 f(x) 单减. 所以单增区间是 (1,+∞), 单减区间是 (0,1).
  2. 证明 当 x∈(1e,1), 原不等式等价于 (x−1)ln⁡x<−x+1⟺ln⁡x>−1, 这是显然的.
  3. 证明 由 1, 0<x1<1<x2. 而 x1>1e, 所以 f(x2)=f(x1)<f(1e)=1−1e+e<e−1+e=f(e), 所以 x2<e. 接着我们证明 f(x)>(2−1e)x,x∈(1,e). 记 g(x)=f(x)−(2−1e)x, 则 g′(x)=1e+ln⁡x−1x−1, g″(x)=1x+1x2>0. 而 g′(e)=0, 所以 g′(x)<0, g(x) 在 (1,e) 上单减, 所以 g(x)>g(e)=0. 从而 f(x2)>(2−1e)x2.
    这样根据 2, e+1>f(x1)+x1=f(x2)+x1>(2−1e)x2+x1.