每日一题[2652]邪不胜正

已知函数 $f(x)=x-a \ln x$($a \in \mathbb{R}$)的导函数为 $f^{\prime}(x)$.

1、若 $a=-1$,求曲线 $y=f(x)$ 在点 $(1, f(1))$ 处的切线方程.

2、若不等式 $a f^{\prime}(x)+x f(x) \leqslant x^{2}$ 恒成立,求实数 $a$ 的取值范围.

解析

1、根据题意,函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=1-\dfrac ax,\]于是 $f(1)=1$,$f'(1)=2$,从而所求切线方程为 $2x-y-1=0$.

2、根据题意,有\[\forall x>0,a\left(1-\dfrac ax\right)-x(x-a\ln x)\leqslant x^2,\]即\[\forall x>0,a\left(a-x+x^2\ln x\right)\geqslant 0,\]也即\[a=0\lor \begin{cases} a>0,\\ \forall x>0,a\geqslant x-x^2\ln x,\end{cases}\lor \begin{cases} a<0,\\ \forall x>0,a\leqslant x-x^2\ln x.\end{cases}\]设 $g(x)=x-x^2\ln x$,则其导函数\[g'(x)=1-x-2x\ln x,\]注意到 $g'(1)=0$,当 $0<x<1$ 时,有\[\begin{cases} 1-x>0,\\ 2x\ln x<0,\end{cases}\implies g'(x)>0,\]当 $x>1$ 时,有\[\begin{cases} 1-x<0,\\ 2x\ln x>0,\end{cases}\implies g'(x)<0,\]因此 $g(x)$ 的极大值亦为最大值为 $g(1)=1$.这样就有当 $a>0$ 时,实数 $a$ 的取值范围是 $[1,+\infty)$. 另一方面,当 $x\geqslant \max\{-a,{\rm e}\}$ 时,有\[g(x)=x-x^2\ln x<x-x^2<x-2x=-x\leqslant a,\]因此当 $a<0$ 时,没有符合题意的实数 $a$. 综上所述,实数 $a$ 的取值范围是 $\{0\}\cup [1,+\infty)$.

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