1. 求端点函数值
由 f(x)=2x2−klnx,可得端点函数值为:
f(1)=21>0,
f(e)=2e−k.
2. 讨论 $k \le 0$ 时的情况
当 k⩽0 时,由 (1) 知 f(x) 在 (0,+∞) 上单调递增.
因为 x∈(1,e),所以 f(x)>f(1)=21>0,此时方程 f(x)=0 在区间 (1,e) 上无解.
3. 讨论 $0 < k \le 1$ 时的情况
当 0<k⩽1 时,有 0<k⩽1.
由 (1) 可知 f(x) 在 [1,+∞) 上单调递增,故在 (1,e) 上单调递增.
因为 f(1)=21>0,所以对任意 x∈(1,e) 均有 f(x)>0,此时方程无解.
4. 讨论 $1 < k \le e$ 时的情况
当 1<k⩽e 时,有 1<k⩽e.
此时 f(x) 在 (1,k) 上单调递减,在 (k,e) 上单调递增.
其在区间 [1,e] 上的最小值为 f(k)=2k−klnk=2k(1−lnk).
因为 1<k⩽e,所以 0<lnk⩽1,从而 f(k)⩾0.
若 1<k<e,最小值为 f(k)>0,因此 f(x)>0 恒成立,无解.
若 k=e,最小值 f(e)=0,但区间为开区间 (1,e),故在 (1,e) 内无解.
因此,当 1<k⩽e 时,方程无解.
5. 讨论 $k > e$ 时的情况并给出依据
当 k>e 时,有 k>e.
由 (1) 知 f(x) 在 (1,e) 上单调递减.
此时 f(1)=21>0 且 f(e)=2e−k<0.
由于 f(x) 在闭区间 [1,e] 上连续且单调,根据零点存在定理,
在区间 (1,e) 上存在唯一的 x0 使得 f(x0)=0.
因此,当 k>e 时,方程在区间 (1,e) 上有唯一解.
答案当 k⩽e 时,方程 f(x)=0 在区间 (1,e) 上无解;
当 k>e 时,方程 f(x)=0 在区间 (1,e) 上有唯一解.