已知函数 $f\left(x\right) = \dfrac{a\ln x}{x + 1} + \dfrac{b}{x}$,曲线 $y = f\left(x\right)$ 在点 $\left(1,f\left(1\right)\right)$ 处的切线方程为 $x + 2y - 3 = 0$.
【难度】
【出处】
2011年高考新课标全国卷(理)
【标注】
  1. 求 $a,b$ 的值;
    标注
    答案
    解析
    \[f'\left(x\right) = \dfrac{{a \left(\dfrac{x + 1}{x} - \ln x\right)}}{{{{\left(x + 1\right)}^2}}} - \dfrac{b}{x^2},\]由于直线 $x + 2y - 3 = 0$ 的斜率为 $ - \dfrac{1}{2}$,且过点 $\left(1,1\right)$,
    故\[{\begin{cases}
    f\left(1\right) = 1, \\
    f'\left(1\right) = - \dfrac{1}{2}, \\
    \end{cases}}\]即\[{\begin{cases}b = 1, \\
    \dfrac{a}{2} - b = - \dfrac{1}{2}, \\
    \end{cases}}\]解得\[a = 1,b = 1.\]
  2. 如果当 $x > 0$,且 $x \ne 1$ 时,$f\left(x\right) > \dfrac{\ln x}{x - 1} + \dfrac{k}{x}$,求 $k$ 的取值范围.
    标注
    答案
    解析
    由(1)知\[f\left(x\right) = \dfrac{\ln x}{x + 1} + \dfrac{1}{x},\]所以\[f\left(x\right) - \left(\dfrac{\ln x}{x - 1} + \dfrac{k}{x}\right) = \dfrac{1}{{1 - x_{}^2}}\left(2\ln x + \dfrac{{\left(k - 1\right)\left({x^2} - 1\right)}}{x}\right) .\]考虑函数\[h\left(x\right) = 2\ln x + \dfrac{{\left(k - 1\right)\left({x^2} - 1\right)}}{x} \left(x > 0\right),\]则\[h'\left(x\right) = \dfrac{{\left(k - 1\right)\left({x^2} + 1\right) + 2x}}{x^2}.\](i)设 $k \leqslant 0$,由\[h'\left(x\right) = \dfrac{{k\left({x^2} + 1\right) - {{\left(x - 1\right)}^2}}}{x^2}\]知,当 $x \ne 1$ 时,$h'\left(x\right) < 0$.而 $h\left(1\right) = 0$,故当 $x \in \left(0,1\right)$ 时,$h\left(x\right) > 0$,可得\[\dfrac{1}{{1 - {x^2}}}h\left(x\right) > 0;\]当 $x \in \left(1,+ \infty \right)$ 时,$ h\left(x\right)<0 $,可得 $\dfrac{1}{{1 - {x^2}}} h\left(x\right)>0$.从而当 $ x>0 $,且 $x \ne 1$ 时,\[f\left(x\right)-\left( \dfrac{\ln x}{x - 1} + \dfrac{k}{x} \right)>0,\]即\[f\left(x\right)>\dfrac{\ln x}{x - 1} + \dfrac{k}{x}.\](ii)设 $ 0<k<1 $.由于当 $x \in \left(1, \dfrac{1}{1 - k} \right)$ 时,\[ \left(k-1\right)\left(x^2 +1\right)+2x>0, \]故 ${h'}\left(x\right)>0$,而 $ h\left(1\right)=0 $,故当 $x \in \left(1, \dfrac{1}{1 - k} \right)$ 时,$ h\left(x\right)>0 $,可得 $\dfrac{1}{{1 - {x^2}}}h\left(x\right)<0 $,与题设矛盾.
    (iii)设 $k \geqslant 1$.此时 ${h'} \left(x\right)>0$,而 $ h\left(1\right)=0 $,故当 $x \in \left(1,+ \infty \right)$ 时,$ h\left(x\right)>0 $,可得\[\dfrac{1}{{1 - {x^2}}} h\left(x\right)<0,\]与题设矛盾.
    综合得,$ k $ 的取值范围为 $\left(- \infty ,0\right]$.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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