每日一题[3020]极限拉扯

已知函数 $f(x)$ 在 $(0,+\infty)$ 上可导,$xf(x)+x^2f'(x)={\rm e}^x$,$f(1)={\rm e}$,判断函数 $f(x)$ 在 $(0,+\infty)$ 上的单调性.

解析    根据题意,有\[\left(xf(x)\right)'=\dfrac{{\rm e}^x}{x},\]设 $g(x)=xf(x)$,则 $g(1)=f(1)={\rm e}$,且 $g'(x)=\dfrac{{\rm e}^x}{x}$,于是\[f'(x)=\left(\dfrac{g(x)}{x}\right)'=\dfrac{xg'(x)-g(x)}{x^2}=\dfrac{{\rm e}^x-g(x)}{x^2},\]设 $h(x)={\rm e}^x-g(x)$,则\[h'(x)={\rm e}^x-g'(x)=\dfrac{(x-1){\rm e}^x}{x},\]因此 $h(x)$ 在 $(0,1)$ 上单调递减,$(1,+\infty)$ 上单调递增,而 $h(1)=0$,从而在 $(0,+\infty)$ 上有 $h(x)\geqslant 0$,进而 $f(x)$ 在 $(0,+\infty)$ 上单调递增.

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