每日一题[2938]分离变量

已知函数 $f(x)=(x-2) {\rm e}^x-\dfrac{a}{2} x^2+a x$($a \in \mathbb R$).

1、讨论函数 $f(x)$ 的单调性.

2、若不等式 $f(x)+(x+1) {\rm e}^x+\dfrac{a}{2} x^2-2 a x+a>0$ 恒成立,求 $a$ 的取值范围.

解析

1、函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=(x-1)\left({\rm e}^x-a\right),\]于是讨论分界点为 $a=0,{\rm e}$.

当 $a\leqslant 0$ 时,$f(x)$ 在 $(-\infty,1)$ 上单调递减,在 $(1,+\infty)$ 上单调递增;

当 $0<a<{\rm e}$ 时,$f(x)$ 在 $(-\infty,\ln a)$ 上单调递增,在 $(\ln a,1)$ 上单调递减,在 $(1,+\infty)$ 上单调递增;

当 $a={\rm e}$ 时,$f(x)$ 在 $(-\infty,+\infty)$ 上单调递增;

当 $a>{\rm e}$ 时,$f(x)$ 在 $(1,\ln a)$ 上单调递减,在 $(-\infty,1)$ 和 $(\ln a,+\infty)$ 上单调递增.

2、根据题意,有\[\forall x\in\mathbb R,~(2x-1){\rm e}^x>a(x-1),\]也即\[\begin{cases} \forall x>1,~a<\dfrac{(2x-1){\rm e}^x}{x-1},\\ \forall x<1,~a>\dfrac{(2x-1){\rm e}^x}{x-1},\end{cases}\]设 $g(x)=\dfrac{(2x-1){\rm e}^x}{x-1}$,则其导函数\[g'(x)=\dfrac{x(2x-3){\rm e}^x}{(x-1)^2},\]则\[\begin{array}{c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c}\hline x&-\infty&(-\infty,0)&0&\left(0,1\right)&1^-&1^+&\left(1,\dfrac 32\right)&\dfrac32&\left(\dfrac 32,+\infty\right)&+\infty\\ \hline g(x)&0&\nearrow&1&\searrow&-\infty&+\infty&\searrow&4{\rm e}^{\frac 32}&\nearrow&+\infty\\ \hline \end{array}\]因此实数 $a$ 的取值范围是 $\left(1,{\rm e}^{\frac 32}\right)$.

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