解答题已知函数f(x)=ax+xlnx的图象在点x=e(e为自然对数的底数)处的切线斜

发布时间:2020-07-09 07:23:35

解答题已知函数f(x)=ax+xlnx的图象在点x=e(e为自然对数的底数)处的切线斜率为3.
(1)求实数a的值;
(2)若k∈Z,且对任意x>1恒成立,求k的最大值;
(3)当n>m≥4时,证明(mnn)m>(nmm)n.

网友回答

(1)解:因为f(x)=ax+xlnx,所以f'(x)=a+lnx+1.(1分)
因为函数f(x)=ax+xlnx的图象在点x=e处的切线斜率为3,
所以f'(e)=3,即a+lne+1=3.
所以a=1.(2分)
(2)解:由(1)知,f(x)=x+xlnx,
所以对任意x>1恒成立,即对任意x>1恒成立.(3分)
令,
则,(4分)
令h(x)=x-lnx-2(x>1),
则,
所以函数h(x)在(1,+∞)上单调递增.(5分)
因为h(3)=1-ln3<0,h(4)=2-2ln2>0,
所以方程h(x)=0在(1,+∞)上存在唯一实根x0,且满足x0∈(3,4).
当1<x<x0时,h(x)<0,即g'(x)<0,当x>x0时,h(x)>0,即g'(x)>0,(6分)
所以函数在(1,x0)上单调递减,在(x0,+∞)上单调递增.
所以.(7分)
所以k<[g(x)]min=x0∈(3,4).
故整数k的最大值是3.(8分)
(3)证明:由(2)知,是[4,+∞)上的增函数,(9分)
所以当n>m≥4时,.(10分)
即n(m-1)(1+lnn)>m(n-1)(1+lnm).
整理,得mnlnn+mlnm>mnlnm+nlnn+(n-m).(11分)
因为n>m,所以mnlnn+mlnm>mnlnm+nlnn.(12分)
即lnnmn+lnmm>lnmmn+lnnn.
即ln(nmnmm)>ln(mmnnn).(13分)
所以(mnn)m>(nmm)n.(14分)
证明2:构造函数f(x)=mxlnx+mlnm-mxlnm-xlnx,(9分)
则f'(x)=(m-1)lnx+m-1-mlnm.(10分)
因为x>m≥4,所以f'(x)>(m-1)lnm+m-1-mlnm=m-1-lnm>0.
所以函数f(x)在[m,+∞)上单调递增.(11分)
因为n>m,所以f(n)>f(m).
所以mnlnn+mlnm-mnlnm-nlnn>m2lnm+mlnm-m2lnm-mlnm=0.(12分)
即mnlnn+mlnm>mnlnm+nlnn.
即lnnmn+lnmm>lnmmn+lnnn.
即ln(nmnmm)>ln(mmnnn).(13分)
所以(mnn)m>(nmm)n.(14分)解析分析:(1)求出f(x)的导函数,把x=e代入导函数中求出的导函数值即为切线方程的斜率,根据切线斜率为3列出关于a的方程,求出方程的解即可得到a的值;(2)将原来的恒成立问题转化为研究函数的最值问题,研究区间(1,+∞)上的最值问题,先求出函数的极值,研究极值点左右的单调性,最后确定出最小值,从而得出k的最大值.(3)由(2)知,是[4,+∞)上的增函数,从而有当n>m≥4时,由此式即可化简得到ln(nmnmm)>ln(mmnnn.点评:此题考查学生会利用导数求切线上过某点切线方程的斜率,会利用导函数的正负确定函数的单调区间,会利用导数研究函数的极值,掌握导数在最大值、最小值问题中的应用,是一道中档题.
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