每日一题[2920]端点分析

已知函数 $f(x)=x {\rm e}^x-a \ln x-a x$.

1、若 $a={\rm e}$,讨论 $f(x)$ 的单调性.

2、若对任意 $x>0$ 恒有不等式 $f(x) \geqslant 1$ 成立,求实数 $a$ 的值.

解析

1、函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)={\rm e}^x+x{\rm e}^x-\dfrac ax-a=\dfrac{(x+1)\left(x{\rm e}^x-a\right)}{x},\]当 $a={\rm e}$ 时,函数 $f(x)$ 在 $(0,1)$ 上单调递减,在 $(1,+\infty)$ 上单调递增.

2、题意即\[\forall x>0,~x{\rm e}^x-a\ln\left(x{\rm e}^x\right)\geqslant 1,\]也即\[\forall x>0,~x-a\ln x \geqslant 1,\]设 $g(x)=x-a\ln x-1$,则 $g(1)=0$,进而\[g'(x)=\dfrac{x-a}{x},\]于是 $g'(1)=1-a$.

当 $a=1$ 时,函数 $g(x)$ 在 $(0,1)$ 上单调递减,在 $(1,+\infty)$ 上单调递增,在 $x=1$ 处取得极小值,也为最小值 $g(1)=0$,符合题意.

当 $a>1$ 时,函数 $g(x)$ 在 $(1,a)$ 上单调递减,于是在该区间上 $g(x)<g(1)=0$,不符合题意.

当 $a<1$ 时,函数 $g(x)$ 在 $(\max\{0,a\},1)$ 上单调递增,于是在该区间上 $g(x)<g(1)=0$,不符合题意.

综上所述,实数 $a$ 的值为 $1$.

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