已知函数f(x)=ax2+xln⁡x+xf(x)=ax^{2}+x\ln x+x. (1)若a=1a=1,求函数f(x)f(x)在(1,f(1))(1,f(1))处的切线方程; (2)若a=−ea=-e,证明:方程∣f(x)∣−ln⁡x=12x|f(x)|-\ln x= \dfrac {1}{2}x无解.

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完整解法

(1)

1. 确定 $a=1$ 时的函数解析式并求出切点的纵坐标

当 a=1a=1 时,f(x)=x2+xln⁡x+xf(x)=x^{2}+x\ln x+x,则 f(1)=12+1⋅ln⁡1+1=2f(1)=1^{2}+1\cdot\ln 1+1=2,所以切点为 (1,2)(1,2).

2. 求出函数的导函数并计算切线的斜率

对 f(x)f(x) 求导得:f′(x)=2x+ln⁡x+x⋅1x+1=2x+ln⁡x+2f'(x)=2x+\ln x+x\cdot\frac{1}{x}+1=2x+\ln x+2.
代入 x=1x=1 得切线斜率 k=f′(1)=2×1+ln⁡1+2=4k=f'(1)=2\times 1+\ln 1+2=4.

3. 利用点斜式求出切线方程

由点斜式方程,切线方程为 y−2=4(x−1)y-2=4(x-1),化简得 y=4x−2y=4x-2.

答案

y=4x−2y=4x-2

(2)

1. 将原方程等价变形进行变量分离

当 a=−ea=-e 时,方程为 ∣−ex2+xln⁡x+x∣−ln⁡x=12x|-ex^{2}+x\ln x+x|-\ln x=\frac{1}{2}x.
因为 x>0x>0,可提公因式 xx,将方程两边同除以 xx,变形为:
∣−ex+ln⁡x+1∣=ln⁡xx+12|-ex+\ln x+1|=\frac{\ln x}{x}+\frac{1}{2}.

2. 构造左边函数并利用导数求其最大值,确定其绝对值的范围

设 g(x)=−ex+ln⁡x+1g(x)=-ex+\ln x+1,则 g′(x)=−e+1x=1−exxg'(x)=-e+\frac{1}{x}=\frac{1-ex}{x}.
令 g′(x)=0g'(x)=0 得 x=1ex=\frac{1}{e}.
当 x∈(0,1e)x\in(0,\frac{1}{e}) 时,g′(x)>0g'(x)>0,g(x)g(x) 单调递增;
当 x∈(1e,+∞)x\in(\frac{1}{e},+\infty) 时,g′(x)<0g'(x)<0,g(x)g(x) 单调递减.
所以 g(x)max=g(1e)=−e⋅1e+ln⁡1e+1=−1−1+1=−1g(x)_{max}=g(\frac{1}{e})=-e\cdot\frac{1}{e}+\ln\frac{1}{e}+1=-1-1+1=-1.
因为 g(x)≤−1g(x)\le -1,所以恒有 ∣g(x)∣≥1|g(x)|\ge 1.

3. 构造右边函数并求其最大值

设 h(x)=ln⁡xx+12h(x)=\frac{\ln x}{x}+\frac{1}{2},则 h′(x)=1−ln⁡xx2h'(x)=\frac{1-\ln x}{x^{2}}.
令 h′(x)=0h'(x)=0 得 x=ex=e.
当 x∈(0,e)x\in(0,e) 时,h′(x)>0h'(x)>0,h(x)h(x) 单调递增;
当 x∈(e,+∞)x\in(e,+\infty) 时,h′(x)<0h'(x)<0,h(x)h(x) 单调递减.
所以 h(x)max=h(e)=ln⁡ee+12=1e+12h(x)_{max}=h(e)=\frac{\ln e}{e}+\frac{1}{2}=\frac{1}{e}+\frac{1}{2}.

4. 比较两边函数的最值,得出原方程无解的结论

因为 e>2e>2,所以 1e<12\frac{1}{e}<\frac{1}{2},
从而 h(x)max=1e+12<12+12=1h(x)_{max}=\frac{1}{e}+\frac{1}{2}<\frac{1}{2}+\frac{1}{2}=1.
即对任意 x>0x>0 恒有 h(x)<1h(x)<1,而 ∣g(x)∣≥1|g(x)|\ge 1.
因此 ∣g(x)∣>h(x)|g(x)|>h(x) 恒成立,即方程 ∣g(x)∣=h(x)|g(x)|=h(x) 无解,
故原方程 ∣f(x)∣−ln⁡x=12x|f(x)|-\ln x=\frac{1}{2}x 无解.

答案

证明见解析

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