已知 a>0,函数 f(x) = (1-ax)(e^x-1) 存在极小值点,证明 f(x0) >= 0
首先,我们求出 h(x) 的导数:
h'(x) = 1/(x+1) - (1-ax)e^x
令 h'(x)=0,得到极小值点 x0 为:
x0 = ln(1/a)
将 x0 代入 h(x) 得到:
h(x0) = ln(1/a+1) - f(x0) = ln(1/a+1) - (1-aln(1/a))(e^ln(1/a)-1) = ln(1/a+1) - (1-aln(1/a))(1/a) = ln(1/a+1)/a + 1/a - 1
我们要证明 f(x0)>=0,即证明 h(x0)<=ln(1/a+1)/a。因为 x0 是 h(x) 的极小值点,所以 h'(x0)=0,h''(x0)>0。所以 h(x) 在 x0 处取得极小值,即 h(x)<=h(x0)。因此:
h(x0) <= h(x0) = ln(1/a+1)/a + 1/a - 1
我们只需证明:
ln(1/a+1)/a + 1/a - 1 <= ln(1/a+1)/a
整理得:
1/a <= ln(1/a+1)
令 y=1/a+1,即 y>1,上式变为:
lny >=1/y-1
对于 y>1,考虑函数 f(y)=lny-1/y+1,有:
f'(y)=1/y^2-1/y^2=0 f''(y)=-2/y^3<0
所以 f(y) 在 y>1 处取得极小值,即:
lny-1/y+1 >= f(e) = e-1/e
将 y=1/a+1 代入得到:
ln(1/a+1) >= 1/a - e + 1/e
因为 e>1,所以 e-1/e>0,所以上式成立。所以:
h(x0) <= ln(1/a+1)/a + 1/a - 1 <= ln(1/a+1)/a
即:
h(x0) <= ln(1/a+1)/a
因此:
f(x0) >= ln(1/a+1)/a
证毕。
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