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设函数 f(x)=(12x2+ax)(ln⁡x−ln⁡a)−14x2−ax.

  1. 当 a=1 时,求曲线 f(x) 在点 (e,f(e)) 处的切线方程;
  2. 证明: 任意 1<a<2, 存在 x0∈(0,+∞), 使得 f(x0)<−58(2+ln⁡a)ea−1.
解答

  1. 解 当 a=1, f(x)=(12x2+x)ln⁡x−14x2−x,f(e)=e24; f′(x)=(x+1)ln⁡x,f′(e)=e+1. 则所求切线方程为y−e24=(e+1)(x−e)⟺y=(e+1)x−e−34e2.

  2. 证明 考虑 x0=a, h(a)=f(a)a2+5(2+ln⁡a)ea−18a2=−54+5(2+ln⁡a)ea−18a2, 则 h(1)=0, 且h′(a)=5ea−1(2+ln⁡a+1a)⋅8a2−16a⋅5(2+ln⁡a)ea−164a4=5ea−18a3[1+(a−2)(2+ln⁡a)].
    记 h1(a)=(a−2)(2+ln⁡a),1<a<2, 则 h1′(a)=3+ln⁡a−2a,h1″(a)=1a+2a2>0, 故 h1′(a)>h1′(1)=1>0, 故 1+h1(a)∈(1+h1(1),1+h1(2))=(−1,1), 从而 h′(a) 存在零点 1<a0<2 且 h(a) 在 (1,a0) 上减,在 (a0,2) 上增.

    最后依据 ln⁡2<12(2−12)=34, 有h(2)=5[(2+ln⁡2)e−8]32<532[(2+34)⋅2.72−8]=532(7.48−8)<0,
    故 max1<a<2h(a)<max{h(1),h(2)}≤0, 也即任意 1<a<2, 可以取 x0=a 使得原不等式成立.