本题为江苏省苏北五校(徐州三中、扬大附中等)2026-2027学年高三上学期第一次学情调研试题数学试题第11题
$题目:若实数 x_1 > e, x_2 > e, x_3 > 1,且 \frac{\ln x_1}{x_1-1} = \frac{\ln(ex_2)}{x_2} = \frac{x_3}{e^{x_3}},则( )$
$A. x_3 < \ln x_1$
$B. x_1 < x_2$
$C. x_1 > x_2$
$D. x_1 - x_3 > 1$
解:$由对数运算性质得 \ln(ex_2) = 1 + \ln x_2,因此已知等式可改写为:$
$\frac{\ln x_1}{x_1 - 1} = \frac{1 + \ln x_2}{x_2} = \frac{x_3}{e^{x_3}}.$
$构造函数 f(x) = \frac{x}{e^x},求导得 f'(x) = \frac{e^x - xe^x}{(e^x)^2} = \frac{1-x}{e^x},$
$当 x > 1 时,1 - x < 0,e^x > 0,故 f'(x) < 0,即 f(x) 在 (1, +\infty) 上单调递减。$
$由 \frac{\ln x_1}{x_1 - 1} = \frac{x_3}{e^{x_3}},可得 \frac{\ln x_1}{e^{\ln x_1}} = \frac{x_3}{e^{x_3}},即 f(\ln x_1) = f(x_3)。$
$已知 x_1 > e,故 \ln x_1 > 1,又 x_3 > 1,$
$结合 f(x) 在 (1, +\infty) 单调递减,可得 \ln x_1 = x_3,$
$即 x_3 = \ln x_1,故 A 错误。$
$构造函数 g(x) = \frac{\ln x}{x-1} \ (x > 1),求导得:$
$g'(x) = \frac{\frac{1}{x} \cdot (x-1) - \ln x}{(x-1)^2} = \frac{1 - \frac{1}{x} - \ln x}{(x-1)^2}.$
$令 h(x) = 1 - \frac{1}{x} - \ln x,求导得 h'(x) = \frac{1}{x^2} - \frac{1}{x} = \frac{1-x}{x^2},$
$当 x > 1 时 h'(x) < 0,故 h(x) 在 (1, +\infty) 单调递减,h(x) < h(1) = 0,$
$因此 g'(x) < 0,即 g(x) 在 (1, +\infty) 单调递减。$
$由 \frac{\ln x_1}{x_1 - 1} = \frac{1 + \ln x_2}{x_2},可得 \frac{\ln x_1}{x_1 - 1} = \frac{\ln(ex_2)}{ex_2 - 1},即 g(x_1) = g(ex_2)。$
$已知 x_2 > e,故 ex_2 > e^2 > 1,又 x_1 > e > 1,结合 g(x) 单调递减,可得 x_1 = ex_2,$
$即 x_1 > x_2,故 B 错误,C 正确。$
$构造函数 m(x) = x - \ln x \ (x > 1),求导得 m'(x) = 1 - \frac{1}{x} = \frac{x-1}{x},$
$当 x > 1 时 m'(x) > 0,故 m(x) 在 (1, +\infty) 单调递增,因此 m(x) > m(1) = 1,即 x - \ln x > 1。$
$已知 x_1 > e > 1,故 x_1 - \ln x_1 > 1,结合 \ln x_1 = x_3,可得 x_1 - x_3 > 1,故 D 正确。$
$综上,正确选项为 C、D。$