(1)设函数f(x)=xlnx+(1-x)ln(1-x)(0<x<1),求f(x)的最小值;
(2)设正数p1,p2,p3,…,p2n满足p1+p2+p3+…+p2n=1,求证:p1lnp1+p2lnp2+p3lnp3+…+p2nlnp2n≥-n.
(1)对函数f(x)求导数:f'(x)=(xlnx)'+[(1-x)ln(1-x)]'=lnx-ln(1-x).于是f′(
)=0.1 2
当x<
,f′(x)=lnx-ln(1-x)<0,f(x)在区间(0,1 2
)是减函数,1 2
当x>
,f′(x)=lnx-ln(1-x)>0,f(x)在区间(1 2
,1)是增函数.1 2
所以f(x)在x=
时取得最小值,f(1 2
)=-1,1 2
(2)用数学归纳法证明.
(i)当n=1时,由(1)知命题成立.
(ii)假定当n=k时命题成立,即若正数p1,p2,…,p2k满足p1+p2+…+p2k=1,
则p1log2p1+p2log2p2+…+p2klog2p2k≥-k.
当n=k+1时,若正数p1,p2,…,p2k+1满足p1+p2+…+p2k+1=1,
令x=p1+p2+…+p2k,q1=
,q2=p1 x
,…,q2k=p2 x
.p2k x
则q1,q2,…,q2k为正数,且q1+q2+…+q2k=1.
由归纳假定知q1lnp1+p2lnp2+…+q2klnq2k≥-k.p1lnp1+p2lnp2+…+p2klnp2k=x(q1lnq1+q2lnq2+…+q2klnq2k+lnx)≥x(-k)+xlnx,①
同理,由p2k+1+p2k+2+…+p2k+1=1-x可得p2k+1lnp2k+1+…+p2k+1lnp2k+1≥(1-x)(-k)+(1-x)n(1-x).②
综合①、②两式p1lnp1+p2lnp2+…+p2k+1lnp2k+1≥[x+(1-x)](-k)+xlnx+(1-x)ln(1-x)
≥-(k+1).
即当n=k+1时命题也成立.
根据(i)、(ii)可知对一切正整数n命题成立.