第 22 题 解答题
已知函数f(x)=x(1−lnx). (1)讨论f(x)的单调性; (2)设a,b为两个不相等的正数,且blna−alnb=a−b,证明:2<(1)/(a)+(1)/(b)<e.
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答案
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解析
(1)f′(x)=−lnx,令f′(x)=0⇒x=1, 当0<x<1,f′(x)>0,f(x)单调递增;当x>1时,f′(x)<0,f(x)单调递减. (2)(lna)/(a)_(−=−)(lnb)/(b)(1)/(b)(1)/(a),∴(lna+1)/(a)_=(lnb+1)/(b), 令(1)/(a)=m,(1)/(b)=n,即证2<m+n<e,∴m(1−lnm)=n(1−lnn), 令f(x)=x(1−lnx),f′(x)=−lnx,令f′(x)=0⇒x=1, 当0<x<1,f′(x)>0,f(x)单调递增;当x>1时,f′(x)<0,f(x)单调递减. ∵f(m)=f(n),∴0<m<1,1<n<e, 要证m+n>2,即证f(n)<f(2−m),即证f(m)<f(2−m), 令F(x)=f(x)−f(2−x)=x(1−lnx)−(2−x)[1−ln(2−x)],x∈(0,1), F′(x)=−lnx−ln(2−x)=ln(1)/(x(2−x))>0,F(x)单调递增,∴F(x)<F(1)=0,左边证毕!再证右边:∵m(1−lnm)=n(1−lnn)>m,要证m+n<e,即证n(1−lnn)+n<e, 令g(x)=x(1−lnx)+x,1<x<e,∴g′(x)=1−lnx−1+1=1−lnx>0, ∴g(x)在(1,e)上单调递增,∴g(x)<g(e)=e,∴g(n)<e,证毕!