已知函数 $f(x)=\dfrac{(x-1)\ln x}{x}$,且 $f(x_1)=f(x_2)$,$x_1\neq x_2$,求证:$x_1+x_2>2$.
【难度】
【出处】
【标注】
【答案】
【解析】
对 $f(x)$ 求导得$$f'(x)=\dfrac {x^{2}-x+\ln x}{x^{2}}.$$对称化方法 $f(x)$ 在 $(1,+\infty)$ 上单调递增,不妨设 $x_{1}<x_{2}$,证明 $f(x_{2})=f(x_{1})>f(2-x_{1})$ 即可,即证明$$\forall x\in(0,1),f(x)-f(2-x)>0.$$记 $g(x)=f(x)-f(2-x)$,因为$$\forall x\in(0,1),f'(x)<0;\forall x>1,f'(x)>0,$$所以$$\forall x\in(0,1),g'(x)=f'(x)+f'(2-x)<0,$$从而有 $g(x)$ 在 $(0,1)$ 上单调递减,$g(x)>g(1)=0$.
构造辅助函数 构造函数 $g(x)=(x-1)^2$ 即可.
考虑函数$$f(x)-g(x)=\dfrac {x-1}{x}(\ln x-x^{2}+x),$$记 $h(x)=\ln x-x^2+x$,则 $h'(x)=\dfrac 1x-2x+1=\dfrac {(1-x)(1+2x)}{x}$.所以 $h(x)$ 在 $(0,1)$ 上单调递增,在 $(1,+\infty)$ 上单调递减.又因为 $h(1)=0$,所以 $h(x)\leqslant 0$.从而有当 $x\in(0,1)$ 时,$f(x)>g(x)$;当 $x\in(1,+\infty)$ 时,$f(x)<g(x)$.因为 $f(x_1)=f(x_2)>0$,所以存在 $x_3<1<x_4$,满足 $g(x_3)=g(x_4)=f(x_1)=f(x_2)$,结合上面 $f(x)$ 与 $g(x)$ 有大小关系有 $x_3<x_1<1<x_4<x_2$,从而有 $x_1+x_2>x_3+x_4=2$.
答案 解析 备注
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