每日一题[1193]切线放缩

已知函数 $f(x)=\dfrac{{\rm e}^x-1}{x}$.

1、求函数 $f(x)$ 的单调区间;

2、若 ${\rm e}^x-2x\ln x-kx-1\geqslant 0$ 对任意实数 $x>0$ 都成立,记 $k$ 的最大值为 $\lambda$,求证:$\lambda >1.3$.

    1、函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=\dfrac{{\rm e}^x(x-1)+1}{x^2},\]设\[\varphi(x)={\rm e}^x(x-1)+1,\]则其导函数\[\varphi'(x)={\rm e}^x\cdot x,\]于是 $\varphi(x)$ 在 $(-\infty ,0)$ 上单调递减,在 $(0,+\infty)$ 上单调递增,在 $x=0$ 处取得极小值,亦为最小值\[\varphi(0)=0,\]因此 $f(x)$ 在 $(-\infty,0)$ 和 $(0,+\infty)$ 上 均单调递增.

    事实上,若补充定义 $f(0)=1$,则 $f(x)$ 在 $\mathbb R$ 上单调递增.

2、根据题意,有\[\forall x>0,{\rm e}^x-2x\ln x-kx-1\geqslant 0,\]也即\[\forall x>0,k\leqslant \dfrac{{\rm e}^x-1}{x}-2\ln x,\]设不等式右侧函数为 $\mu(x)$,则其导函数\[\mu'(x)=\dfrac{1+{\rm e}^x(x-1)-2x}{x^2},\]其极值点在 $x=1$ 附近.因此考虑在 $x=1$ 处进行切线放缩,有\[\dfrac{{\rm e}^x-1}{x}\geqslant x+{\rm e}-2,\]证明从略.此时有\[\mu(x)\geqslant x+{\rm e}-2-2\ln x,\]设右侧函数为 $h(x)$,则其导函数\[h'(x)=1-\dfrac 2x,\]因此 $h(x)$ 在 $x=2$ 处取得极小值,亦为最小值\[h(2)={\rm e}-2\ln2>\dfrac{65}{24}-2\cdot \dfrac{25}{36}=\dfrac{95}{72}>1.3,\]因此原命题得证.

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每日一题[1193]切线放缩》有 1 条评论

  1. LycheeM LycheeM说:

    函数\(\mu(x)\)求导有一处笔误,应为
    $$\mu'(x)=\dfrac{1+{\rm e}^x(x-1)-2x}{x^2}$$
    最后一步,将\(\ln 2\)缩小为\(\frac{25}{36}\)是用了辛普森公式吗?

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