每日一题[1504]参数转化

已知 $a$ 为实数,函数 $f(x)=x\ln x-\dfrac 12ax^2-x+a$ 在其定义域内恰有两个不同的极值点 $x_1,x_2$,且 $x_1<x_2$.若 $\lambda>0$,且 $\lambda\ln x_2-\lambda>1-\ln x_1$ 恒成立,求 $\lambda$ 的取值范围.

答案      $[1,+\infty)$.

解析      函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=\ln x -ax,\]于是 $0<a<\dfrac{1}{\rm e}$ 且\[1<x_1<{\rm e}<x_2,\]设 $t=\dfrac{x_2}{x_1}$,则 $t\in (1,+\infty)$,且\[\begin{cases} \ln x_1=\dfrac{\ln t}{t-1},\\ \ln x_2=\dfrac{t\ln t}{t-1},\end{cases}\]因此题意即\[\forall t>1,\lambda\cdot \dfrac{t\ln t}{t-1}-\lambda >1-\dfrac{\ln t}{t-1},\]也即\[\forall t>1,\lambda (t\ln t-t+1)+\ln t-t+1>0,\]记左侧为 $g(t)$,则其导函数\[g'(t)=\lambda \ln t+\dfrac 1t-1,\]其二阶导函数\[g''(t)=\dfrac {\lambda t-1}{t^2},\]利用 $t=1$ 处的端点分析可得讨论分界点为 $\lambda =1$. [[case]]情形一[[/case]] $\lambda \geqslant 1$.此时在 $t\in (1,+\infty)$ 上,$g''(t)>0$,进而 $g'(t)>g'(1)=0$,进而 $g(t)>g(1)=0$,符合题意. [[case]]情形二[[/case]] $0<\lambda<1$.此时在 $t\in \left(1,\dfrac{1}{\lambda}\right)$ 上,$g''(t)<0$,进而 $g'(t)<g'(1)<0$,进而 $g(t)<g(1)=0$,不符合题意. 综上所述,$\lambda$ 的取值范围是 $[1,+\infty)$.

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