已知正数xx,yy满足yln⁡x+yln⁡y=exy\ln x+y\ln y=e^{x},则xy−2xxy-2x的最小值为()(\quad)
A. 12ln⁡2\dfrac{1}{2}\ln 2
B. 2−2ln⁡22-2\ln 2
C. −12ln⁡2-\dfrac{1}{2}\ln 2
D. 2+2ln⁡22+2\ln 2

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完整解法

1. 对已知等式进行变形与同构处理

已知 x>0,y>0x > 0, y > 0 且满足 yln⁡x+yln⁡y=exy\ln x+y\ln y=e^{x}。
根据对数的运算性质,等式可化为:
yln⁡(xy)=exy\ln(xy)=e^{x}
由于 x>0x>0,我们在等式两边同乘以 xx,得:
xyln⁡(xy)=xexxy\ln(xy)=xe^{x}
利用对数恒等式 xy=eln⁡(xy)xy = e^{\ln(xy)},将上式变形为:
ln⁡(xy)⋅eln⁡(xy)=xex\ln(xy) \cdot e^{\ln(xy)} = x e^x

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)=tetg(t) = te^t。
对 g(t)g(t) 求导得:
g′(t)=(t+1)etg'(t) = (t+1)e^t
当 t>−1t > -1 时,g′(t)>0g'(t) > 0,所以 g(t)g(t) 在 (−1,+∞)(-1, +\infty) 上单调递增。
因为 x>0x > 0,所以 xex>0xe^x > 0,从而 g(ln⁡(xy))=g(x)>0g(\ln(xy)) = g(x) > 0。
这说明 ln⁡(xy)>0>−1\ln(xy) > 0 > -1。
由 g(t)g(t) 在 (−1,+∞)(-1, +\infty) 上的单调性可知:
ln⁡(xy)=x\ln(xy) = x
由此得到 xy=exxy = e^x。

3. 将目标式化为一元函数并利用导数求其最小值

将 xy=exxy = e^x 代入目标代数式 xy−2xxy - 2x 中,得到一元函数:
f(x)=ex−2x(x>0)f(x) = e^x - 2x \quad (x > 0)
对 f(x)f(x) 求导得:
f′(x)=ex−2f'(x) = e^x - 2
令 f′(x)=0f'(x) = 0,解得 x=ln⁡2x = \ln 2。
当 x∈(0,ln⁡2)x \in (0, \ln 2) 时,f′(x)<0f'(x) < 0,f(x)f(x) 单调递减;
当 x∈(ln⁡2,+∞)x \in (\ln 2, +\infty) 时,f′(x)>0f'(x) > 0,f(x)f(x) 单调递增。
因此,当 x=ln⁡2x = \ln 2 时,f(x)f(x) 取得极小值也是最小值,最小值为:
f(ln⁡2)=eln⁡2−2ln⁡2=2−2ln⁡2f(\ln 2) = e^{\ln 2} - 2\ln 2 = 2 - 2\ln 2
故 xy−2xxy - 2x 的最小值为 2−2ln⁡22 - 2\ln 2。

答案

B

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