每日一题[828]该分离时就分离

已知$(x-a)^2\cdot \ln x\leqslant 4{\rm e}^2$对任意$x\in (0,3{\rm e}]$恒成立,求$a$的取值范围.


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分析与解 题意即\[\forall x\in (1,3{\rm e}],|x-a|\leqslant \dfrac{2{\rm e}}{\sqrt{\ln x}},\]也即\[\forall x\in (1,3{\rm e}],-\dfrac{2{\rm e}}{\sqrt{\ln x}}+x\leqslant a\leqslant \dfrac{2{\rm e}}{\sqrt{\ln x}}+x.\]设左侧函数为$f(x)$,右侧函数为$g(x)$.一方面,$f(x)$单调递增,在$(1,3{\rm e}]$上的最大值为\[f(3{\rm e})=3{\rm e}-\dfrac{2{\rm e}}{\sqrt{1+\ln 3}}.\]另一方面,$g(x)$的导函数\[g'(x)=1-\dfrac{2{\rm e}}{2x\ln x\cdot \sqrt{\ln x}},\]于是$g(x)$在$x={\rm e}$处取得最小值$g({\rm e})=3{\rm e}$.

因此$a$的取值范围是$\left[3{\rm e}-\dfrac{2{\rm e}}{\sqrt{1+\ln 3}},3{\rm e}\right]$.

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