1. 对已知等式进行变形与同构处理
已知 x>0,y>0 且满足 ylnx+ylny=ex。
根据对数的运算性质,等式可化为:
yln(xy)=ex
由于 x>0,我们在等式两边同乘以 x,得:
xyln(xy)=xex
利用对数恒等式 xy=eln(xy),将上式变形为:
ln(xy)⋅eln(xy)=xex
2. 构造函数并利用单调性求解 $xy$ 与 $x$ 的关系
构造辅助函数 g(t)=tet。
对 g(t) 求导得:
g′(t)=(t+1)et
当 t>−1 时,g′(t)>0,所以 g(t) 在 (−1,+∞) 上单调递增。
因为 x>0,所以 xex>0,从而 g(ln(xy))=g(x)>0。
这说明 ln(xy)>0>−1。
由 g(t) 在 (−1,+∞) 上的单调性可知:
ln(xy)=x
由此得到 xy=ex。
3. 将目标式化为一元函数并利用导数求其最小值
将 xy=ex 代入目标代数式 xy−2x 中,得到一元函数:
f(x)=ex−2x(x>0)
对 f(x) 求导得:
f′(x)=ex−2
令 f′(x)=0,解得 x=ln2。
当 x∈(0,ln2) 时,f′(x)<0,f(x) 单调递减;
当 x∈(ln2,+∞) 时,f′(x)>0,f(x) 单调递增。
因此,当 x=ln2 时,f(x) 取得极小值也是最小值,最小值为:
f(ln2)=eln2−2ln2=2−2ln2
故 xy−2x 的最小值为 2−2ln2。