(1) 求函数f(x)=xlnx−(1−x)ln(1−x)在0<x⩽12上的最大值;
(2) 已知0<x<1,求证:x1−x+(1−x)x⩽√2.
分析与解 (1) 根据题意,有f′(x)=2+ln(x−x2),于是函数f(x)在(0,12)先单调递减,再单调递增.考虑到limx→0+f(x)=f(12)=0,于是f(x)的最大值为0,当x=12时取得.
(2) 记不等式左边为g(x),则显然g(x)关于x=12对称,且g(12)=√2,因此只需要证明函数g(x)在(0,12]上的最大值为g(12)即可.令h(x)=x1−x,则h′(x)=(e(1−x)lnx)′=x1−x⋅[−lnx+(1−x)⋅1x]=1−x−xlnxxx.这样就有g′(x)=(h(x)+h(1−x))′=h′(x)−h′(1−x)=1−x−xlnxxx−1−(1−x)−(1−x)ln(1−x)(1−x)1−x,
根据(1),可得当0<x⩽12时,有xlnx−(1−x)ln(1−x)⩽0,于是当0<x⩽12时,有−xlnx⩾−(1−x)ln(1−x),进而有1−x−xlnx⩾1−x−(1−x)ln(1−x)⩾1−(1−x)−(1−x)ln(1−x).而当0<x<1时,有1−x−xlnx>0,这样就得到了当0<x⩽12时,有1−x−xlnx⩾1−(1−x)−(1−x)ln(1−x)>0.另一方面,根据(1),当0<x⩽12时,有exlnx⩽e(1−x)ln(1−x),即0<xx⩽(1−x)(1−x).综上,有当0<x⩽12时g′(x)=1−x−xlnxxx−1−(1−x)−(1−x)ln(1−x)(1−x)1−x⩾0,进而可得g(x)在(0,12]上的最大值为g(12)=√2,原命题得证.
注 事实上,有不等式x1−x+(1−x)x⩽√x+√1−x⩽√2成立.
请问一下注解中的不等式何来呢?