每日一题[2859]基本放缩

已知函数 $f(x)=\ln x+\dfrac{1-x}{a x}$($a \in \mathbb{R}$ 且 $a \neq 0$),$g(x)=bx-x \mathrm{e}^x-\dfrac{1}{x}$($b \in \mathbb{R}$).

1、讨论函数 $f(x)$ 的单调性.

2、当 $a=1$ 时,若关于 $x$ 的不等式 $f(x)+g(x) \leqslant-2$ 恒成立,求实数 $b$ 的取值范围.

解析

1、根据题意,函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=\dfrac 1{x^2}\cdot \left(x-\dfrac 1a\right),\]因此当 $a<0$ 时,函数 $f(x)$ 在 $(0,+\infty)$ 上单调递增;当 $a>0$ 时,函数 $f(x)$ 在 $\left(0,\dfrac 1a\right)$ 上单调递减,在 $\left(\dfrac 1a,+\infty\right)$ 上单调递增.

2、根据题意,有\[\forall x>0,~\ln x-1+bx-x{\rm e}^x\leqslant -2,\]也即\[\forall x>0,~b\leqslant \dfrac{x{\rm e}^x-\ln x-1}{x}.\]由于\[h(x)=\dfrac{x{\rm e}^x-\ln x-1}{x}=\dfrac{{\rm e}^{x+\ln x}-\ln x-1}{x}\geqslant \dfrac{(x+\ln x+1)-\ln x-1}{x}=1,\]等号当 $x+\ln x=0$ 时取得(该方程在 $\left({\rm e}^{-1},1\right)$ 上有实数解),因此 $h(x)$ 在 $(0,+\infty)$ 上的最小值为 $1$,从而实数 $b$ 的取值范围是 $(-\infty,1]$.

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