每日一题[2926]分割函数

已知函数 $f(x)={\rm e}^x\left(x \ln x+\dfrac{2}{{\rm e}}\right)$,$g(x)=a x$($a \in\mathbb Z$),其中 ${\rm e}$ 是自然对数的底数.

1、求函数 $f(x)$ 在 $x=1$ 处的切线方程.

2、当 $x>0$ 时,$f(x)>g(x)$ 恒成立,求 $a$ 的最大值.

解析

1、函数 $f(x)$ 的导函数为\[f'(x)={\rm e}^x\left(x\ln x+\ln x+\dfrac{2}{\rm e}+1\right),\]于是 $f(1)=2$,$f'(1)={\rm e}+2$,因此所求切线方程为 $y=({\rm e}+2)x-{\rm e}$.

2、根据题意,有\[\forall x>0,~{\rm e}^x\left(x \ln x+\dfrac{2}{{\rm e}}\right)>ax,\]即\[\forall x>0,~a<{\rm e}^x\left( \ln x+\dfrac{2}{{\rm e}x}\right),\]设不等式右侧函数为 $h(x)$,则 $h(1)=2$,于是 $a<2$.接下来证明 $a$ 的最大值为 $1$,只需要证明 $h(x)>1$,即证明\[\dfrac{x}{{\rm e}^x}<x\ln x+\dfrac{2}{\rm e},\]而\[\dfrac{x}{{\rm e}^x}\leqslant \dfrac{1}{\rm e}\leqslant x\ln x+\dfrac{2}{\rm e},\]等号分别当 $x=1$ 和 $x=\dfrac{1}{\rm e}$ 时取得,因此命题得证. 综上所述,$a$ 的最大值为 $1$

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