已知函数 $f(x)=\dfrac{{\rm e}^x-a}x+b$ 在点 $(1,{\rm e}-1)$ 处的切线与直线 $l:x+y=0$ 垂直.
1、设函数 $g(x)=xf(x)-x^2$,求函数 $g(x)$ 的单调区间.
2、证明:${\rm e}^x-2x\ln x-x>1$. 参考数据:$\ln 2\approx 0.693$,${\rm e}\approx 2.718$.
解析
1、根据题意,函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=\dfrac{{\rm e}^x(x-1)+a}{x^2},\]而\[\begin{cases} f(1)={\rm e}-1,\\ f'(1)=1,\end{cases}\iff \begin{cases} a=1,\\ b=0,\end{cases}\]因此 $f(x)=\dfrac{{\rm e}^x-1}{x}$,进而 $g(x)={\rm e}^x-x^2-1$,其导函数\[g'(x)={\rm e}^x-2x,\]当 $x<0$ 时,显然有 $g'(x)>0$,当 $x>0$ 时,有\[g'(x)\geqslant {\rm e}x-2x>0,\]因此函数 $g(x)$ 在 $(-\infty,0)$ 和 $(0,+\infty)$ 上均单调递增.
2、题中不等式即\[\dfrac{{\rm e}^x-x-1}{x}>2\ln x,\]事实上,有\[\dfrac{{\rm e}^x-x-1}{x}\geqslant x+{\rm e}-3> x+2\ln 2-2\geqslant 2\ln x,\]其中两侧的不等式分别为在 $x=1$ 和 $x=2$ 处的切线放缩,中间的不等式即\[\ln 2<\dfrac{\sqrt 2}2<\dfrac{{\rm e}-1}2,\]因此命题得证.