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高中数学选择性必修 第二册(381题)


已知 \(a\in \text{R}\) ,函数 \( f\left(x\right)=\mathrm{ln}x+\frac{a}{x}\).


 \( a=0\) 时,函数 \( g\left(x\right)=\left[1-{f}^{\text{'}}\left(x\right)\right]\left[1+f\left(x\right)\right]+\frac{1}{{e}^{x}}\) ,证明: \( g\left(x\right)\) 无零点.



知识点:第五章 一元函数的导数及其应用


参考答案:见解析


解析:


法一:证明:由题意,函数 \( g\left(x\right)=\left(1-\frac{1}{x}\right)\left(1+\mathrm{ln}x\right)+\frac{1}{{e}^{x}}\) ,且 \( g\left(2\right)>0\) 



要证 \( g\left(x\right)\) 无零点,只需证明 \( g\left(x\right)>0\) ,只需证 \( \left(x-1\right)\left(1+\mathrm{ln}x\right)+\frac{x}{{e}^{x}}>0\) 



即证 \( x\mathrm{ln}x+x-\mathrm{ln}x-1+\frac{x}{{e}^{x}}>0\) .



由(1)可知, \(\ln x + \frac{1}{{{\rm{e}}x}} \geqslant 0\) ,则 \( x\mathrm{ln}x\ge -\frac{1}{e}\) ,当且仅当 \( x=\frac{1}{e}\) 时,等号成立,



所以 \( x\mathrm{ln}x+x-\mathrm{ln}x-1+\frac{x}{{e}^{x}}\ge -\frac{1}{e}+x-\mathrm{ln}x-1+\frac{x}{{e}^{x}}\) .



构造函数 \( h\left(x\right)=\frac{x}{{e}^{x}}-\mathrm{ln}x+x-1-\frac{1}{e}\) ,则 \( {h}^{\text{'}}\left(x\right)=\frac{\left(x-1\right)\left({e}^{x}-x\right)}{x{e}^{x}}\) 



 \(\phi \left ( {x} \right )={e}^{x}-x,x>0\) ,可得 \( {\phi }^{\text{'}}\left(x\right)={e}^{x}-1>0\)  \( \phi \left(x\right)\) 单调递增,



所以 \( \phi \left(x\right)>\phi \left(0\right)=1>0\) ,所以 \( {e}^{x}-x>0\) 



 \(x\in \left ( {0,1} \right )\) 时, \( {h}^{\text{'}}\left(x\right)<0\)  \( h\left(x\right)\) 单调递减;



 \(x\in \left ( {1,+\infty } \right )\) 时, \( {h}^{\text{'}}\left(x\right)>0\)  \( h\left(x\right)\) 单调递增,



 \( h\left(x\right)\ge h\left(1\right)=0\) ,当且仅当 \( x=1\) 时,等号成立,



因为等号成立的条件不相同,所以 \( x\mathrm{ln}x+x-\mathrm{ln}x-1+\frac{x}{{e}^{x}}>0\) ,故 \( g\left(x\right)\) 无零点.



法二:证明:由题意,函数 \( g\left(x\right)=\left(1-\frac{1}{x}\right)\left(1+\mathrm{ln}x\right)+\frac{1}{{e}^{x}}\) ,且 \( g\left(2\right)>0\) 



要证 \( g\left(x\right)\) 无零点,只需证明 \( g\left(x\right)>0\)



当 \(x\ge 1,\left ( {1-\frac {1} {x}} \right )\left ( {1+\mathrm{ln}x} \right )+\frac {1} {{e}^{x}}>0\) 



当 \(0<x<1,1-\frac {1} {x}<0,\mathrm{ln}x<x-1,\frac {1} {{e}^{x}}>-x+1\) ,则 \( g\left(x\right)=\left(1-\frac{1}{x}\right)\left(1+\mathrm{ln}x\right)+\frac{1}{{e}^{x}}>(1-\frac{1}{x})(1+x-1)-x+1=0\)






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