已知函数 $f(x)=2\ln x+1$.
1、若 $f(x)\leqslant 2x+c$,求 $c$ 的取值范围.
2、设 $a>0$,讨论函数 $g(x)=\dfrac{f(x)-f(a)}{x-a}$ 的单调性.
解析
1、根据题意,有\[\forall x>0,c\geqslant 2\ln x-2x+1,\]记右侧函数为 $h(x)$,则其导函数\[h'(x)=\dfrac {2(1-x)}x,\]于是函数 $h(x)$ 在 $(0,1)$ 上单调递增,在 $(1,+\infty)$ 上单调递减,在 $x=1$ 处取得极大值也为最大值 $h(1)=-1$,因此 $c$ 的取值范围是 $[-1,+\infty)$.
2、题中函数\[g(x)=2\cdot \dfrac{\ln x-\ln a}{x-a},\]其导函数\[g'(x)=2\cdot \dfrac{1-\dfrac ax+\ln \dfrac ax}{(x-a)^2}.\]由 $\ln x\leqslant x-1$,可得\[\ln \dfrac ax\leqslant \dfrac ax-1,\]因此在区间 $(0,a)$ 和 $(a,+\infty)$ 上,$g'(x)<0$,进而函数 $g(x)$ 在 $(0,a)$ 和 $(a,+\infty)$ 上单调递减.
备注 事实上可以证明当 $x\in (0,a)$ 时,有\[\dfrac{\ln x-\ln a}{x-a}>\dfrac 1a,\]而当 $x\in (a,+\infty)$ 时,有\[\dfrac{\ln x-\ln a}{x-a}<\dfrac 1a,\]因此 $g(x)$ 是在定义域 $\mathbb R^+\setminus \{a\}$ 上的单调递减函数.