每日一题[2941]横竖一死

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

1、当 $a<0$ 时,讨论 $f(x)$ 的单调性.

2、设 $g(x)=f(x)+x f^{\prime}(x)$,若关于 $x$ 的不等式 $g(x) \leqslant-{\rm e}^x+\dfrac{x^2}{2}+(a-1) x$ 在 $[1,2]$ 上有解,求 $a$ 的取值范围.

解析

1、函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=-\dfrac ax-\dfrac{x{\rm e}^x-{\rm e}^x}{x^2}+a=\dfrac{\left(ax-{\rm e}^x\right)(x-1)}{x^2},\]于是函数 $f(x)$ 在 $(0,1)$ 上单调递增,在 $(1,+\infty)$ 上单调递减.

2、根据题意,有\[g(x)=-a\ln x-{\rm e}^x+2ax-a,\]于是题意即\[\exists x\in [1,2],~a\ln x+\dfrac 12x^2-(a+1)x+a\geqslant 0,\]设不等式左侧为函数 $h(x)$,则 $h(1)=-\dfrac 12$,$h(2)=(\ln 2-1)a$,因此当 $a\leqslant 0$ 时,有 $h(2)\geqslant 0$ 符合题意. 当 $a>0$ 时,有\[h'(x)=\dfrac ax+x-(a+1)=\dfrac{x-1}{x}\cdot (-x+a),\]因此 $h(x)$ 在 $x\in[1,2]$ 时或者单调,或者先递增后递减,因此\[\exists x\in[1,2],~h(x)\ge0\iff h(2)\geqslant 0,\]不符合题意. 综上所述,实数 $a$ 的取值范围是 $(-\infty,0]$.

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