已知 $a \in \mathbb R$,函数 $f(x)={\rm e}^x+a x^2$,$g(x)$ 是 $f(x)$ 的导函数.
1、当 $a=-\dfrac{{\rm e}}{2}$ 时,求函数 $f(x)$ 的单调区间.
2、当 $a>0$ 时,求证:存在唯一的 $x_0 \in\left(-\dfrac{1}{2 a}, 0\right)$,使得 $g\left(x_0\right)=0$.
3、若实数 $a, b$ 使得 $f(x) \geqslant b$ 恒成立,求 $a-b$ 的最小值.
解析
1、根据题意,有\[g(x)=f'(x)=x\left({\rm e}^x-{\rm e}\right),\]于是函数 $f(x)$ 的单调递增区间是 $(-\infty,0)$ 和 $(1,+\infty)$,单调递减区间是 $(0,1)$.
2、根据题意,有\[g\left(-\dfrac{1}{2a}\right)={\rm e}^{-\frac1{2a}}-1<0<1=g(0),\]而 $g(x)$ 在 $(-\infty,+\infty)$ 上单调递增,因此存在唯一的 $x_0 \in\left(-\dfrac{1}{2 a}, 0\right)$,使得 $g\left(x_0\right)=0$.
3、根据题意,有\[\forall x\in\mathbb R,~{\rm e}^x+ax^2-b\geqslant 0,\]设不等式左侧函数为 $h(x)$,则 $h(-1)\geqslant 0$,从而 $a-b\geqslant -\dfrac{1}{\rm e}$,接下来证明 $a-b$ 可以取得 $-\dfrac1{\rm e}$,只需要使得函数 $h(x)$ 在 $x=-1$ 处取得最小值.函数 $h(x)$ 的导函数\[h'(x)={\rm e}^x+2a,\]取 $a=-\dfrac{1}{2{\rm e}}$,$b=\dfrac{1}{2{\rm e}}$ 即可. 综上所述,$a-b$ 的最小值为 $-\dfrac{1}{\rm e}$.