已知函数 $f(x)=\ln x+x+\dfrac{a}{x}$($a \in \mathbb R$).
1、若函数 $f(x)$ 在 $[1,+\infty)$ 上为增函数,求 $a$ 的取值范围.
2、若函数 $g(x)=x f(x)-(a+1) x^2-x$ 有两个不同的极值点,记作 $x_1, x_2$,且 $x_1<x_2$,证明 $x_1 x_2^2>{\rm e}^3$.
解析
1、函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=\dfrac{x^2+x-a}{x^2},\]根据题意,有\[\forall x\geqslant 1,~x^2+x-a\geqslant 0,\]于是 $a$ 的取值范围是 $(-\infty,2]$.
2、函数 $g(x)=x\ln x-ax^2-x+a$,于是其导函数\[g'(x)=\ln x-2ax,\]于是\[\dfrac{\ln x_1}{x_1}=\dfrac{\ln x_2}{x_2}=2a,\]设 $\dfrac{x_2}{x_1}=t$($t>1$),则\[\ln x_1=\dfrac{\ln t}{t-1},\quad \ln x_2=\dfrac{t\ln t}{t-1},\]因此\[\ln\dfrac{{x_1x_2^2}}{{\rm e}^3}=\ln x_1+2\ln x_2-3=\dfrac{(1+2t)\ln t}{t-1}-3,\]只需要证明\[\forall t>1,~\ln t-\dfrac{3(t-1)}{1+2t}>0,\]而\[\ln t-\dfrac{3(t-1)}{1+2t}>\dfrac{2(t-1)}{1+t}-\dfrac{3(t-1)}{1+2t}=\dfrac{(t-1)^2}{(1+t)(1+2t)}>0,\]命题得证.