每日一题[2268]反客为主

已知函数 $f(x)=(a-x){\rm e}^x\ln x$.

1、若 $f(x)\leqslant 0$ 恒成立,求 $a$.

2、证明:$f(x)<x^a$.

解析

1、题中不等式即\[(a-x){\rm e}^x\ln x\leqslant 0\iff (x-a)\cdot \ln x\geqslant 0\iff x\leqslant \min\{1,a\}\lor x\geqslant \max\{1,a\},\]因此 $a=1$.

2、当 $x=1$ 时,不等式显然成立,当 $x\ne 1$ 时,即证明\[(x-a){\rm e}^x\ln x+x^a>0.\]将不等式左边看为参数为 $x$,关于 $a$ 的函数 $g(a)$,则\[g'(a)=-{\rm e}^x\ln x+\ln x\cdot x^a=\left(x^a-{\rm e}^x\right)\ln x,\]因此 $g(a)$ 的极小值点为 $a=\dfrac{x}{\ln x}$,从而 $g(a)$ 的极小值为\[\left(x-\dfrac x{\ln x}\right){\rm e}^x\ln x+{\rm e}^x={\rm e}^x\cdot x\cdot \left(\ln x-1+\dfrac 1x\right)>0,\]其中用到了基本放缩 $\ln x\leqslant x-1$(令 $x\to \dfrac 1x$).

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