每日一题[2659]极值点偏移

已知 $2021 \ln a=a+m$,$2021 \ln b=b+m$,其中 $a \neq b$,若 $a b<\lambda$ 恒成立,则实数 $\lambda$ 的取值范围为(       )

A.$\left[\left(\dfrac{2021}{\mathrm{e}}\right)^{2},+\infty\right)$

B.$\left[2023^{2},+\infty\right)$

C.$\left[2021^{2},+\infty\right)$

D.$\left[(2021 \mathrm{e})^{2},+\infty\right)$

答案    C.

解析    令 $p=2021$,则 $x=a,b$ 是函数 $f(x)=p\ln x-x-m$ 的两个零点.函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=\dfrac px-1,\]于是函数 $f(x)$ 在 $(0,p)$ 上单调递增,在 $(p,+\infty)$ 上单调递减,在 $x=p$ 处取得极大值亦为最大值 $f(p)=p\ln p-p-m$.

一方面,当 $m\to p\ln p-p$ 时,$a,b\to p$,此时 $ab\to p^2$;

另一方面,有\[\ln a =\dfrac{a+m}{p},\quad \ln b =\dfrac{b+m}{p},\]而根据对数平均不等式,有\[\sqrt{ab}<\dfrac{a-b}{\ln a-\ln b}<\dfrac {a+b}2\implies \sqrt{ab}<\dfrac{a-b}{\frac{a-b}{p}}<\dfrac{a+b}2\implies \begin{cases} ab<p^2,\\ a+b>2p.\end{cases}\] 因此实数 $\lambda$ 的取值范围是 $\left[p^2,\infty\right)$.

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