每日一题[2609]极值估计

已知函数 $f(x)=\ln x$.

1、若函数 $g(x)=f(x)-a x+\dfrac{1}{2} x^2$ 有两个极值点,求实数 $a$ 的取值范围.

2、若关于 $x$ 的方程 $f(x)=m(x+1)$($m \in \mathbb Z$)有实数解,求整数 $m$ 的最大值.

解析

1、函数 $g(x)=\ln x-ax+\dfrac 12x^2$,于是其导函数\[g'(x)=\dfrac{x^2-ax+1}{x},\]若函数 $g(x)=f(x)-a x+\dfrac{1}{2} x^2$ 有两个极值点,则方程\[x^2-ax+1=0\iff a=x+\dfrac 1x\]有两个正实数解,于是实数 $a$ 的取值范围为 $(2,+\infty)$.

2、方程 $f(x)=m(x+1)$ 即\[m=\dfrac{\ln x}{x+1},\]设方程右侧函数为 $h(x)$,则其导函数\[h'(x)=\dfrac{1+\dfrac 1x-\ln x}{(x+1)^2},\]设 $r(x)=1+\dfrac 1x-\ln x$,则 $r(x)$ 单调递减,且 $r({\rm e})=\dfrac{1}{\rm e}>0$,$r\left({\rm e}^2\right)=\dfrac{1}{{\rm e}^2}-1<0$,因此 $r(x)$ 在 $(0,+\infty)$ 有唯一零点 $x=t$($t\in\left({\rm e},{\rm e}^2\right)$),从而 $h(x)$ 在 $x=t$ 处取得极大值,也为最大值\[M=\dfrac{\ln t}{t+1},\]其中 $1+\dfrac 1t-\ln t=0$.将 $\ln t=1+\dfrac 1t$ 代入.可得\[M=\dfrac{1+\dfrac 1t}{t+1}=\dfrac 1t,\]从而 $M\in\left({\rm e}^{-2},{\rm e}^{-1}\right)$,因此整数 $m$ 的最大值为 $0$.

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