已知f(x)=xln⁡xf(x)=x\ln x,g(x)=−x2+ax−3(1)g(x)=-x^{2}+ax-3(1)对x∈(0,+∞)x∈(0,+∞),不等式2f(x)⩾g(x)2f(x)\geqslant g(x)恒成立,求实数aa的取值范围; (2)证明:对一切x∈(0,+∞)x∈(0,+∞),都有ln⁡x>1ex−2ex\ln x > \dfrac {1}{e^{x}}- \dfrac {2}{ex}.

先不看答案,让 AI 诊断你卡在哪里?

它不会直接告诉你答案,而是问你卡在哪一步看看 AI 是怎么陪你一步步弄懂这道题的

完整解法

(1)

1. 分离参数 $a$

依题意,对一切 x∈(0,+∞)x \in (0, +\infty),不等式 2f(x)⩾g(x)2f(x) \geqslant g(x) 恒成立,即:
2xln⁡x⩾−x2+ax−32x \ln x \geqslant -x^2 + ax - 3
因为 x>0x > 0,方程两边同除以 xx,可得:
a⩽2ln⁡x+x+3xa \leqslant 2\ln x + x + \frac{3}{x}

2. 构造新函数并利用导数求最小值

设 h(x)=2ln⁡x+x+3xh(x) = 2\ln x + x + \frac{3}{x}(x>0x > 0),对其求导:
h′(x)=2x+1−3x2=x2+2x−3x2=(x+3)(x−1)x2h'(x) = \frac{2}{x} + 1 - \frac{3}{x^2} = \frac{x^2 + 2x - 3}{x^2} = \frac{(x+3)(x-1)}{x^2}
当 x∈(0,1)x \in (0, 1) 时,h′(x)<0h'(x) < 0,h(x)h(x) 单调递减;
当 x∈(1,+∞)x \in (1, +\infty) 时,h′(x)>0h'(x) > 0,h(x)h(x) 单调递增。
故 h(x)h(x) 在 x=1x = 1 处取得极小值也是最小值:
h(1)=2ln⁡1+1+3=4h(1) = 2\ln 1 + 1 + 3 = 4

3. 确定 $a$ 的取值范围

要使 a⩽h(x)a \leqslant h(x) 对 x∈(0,+∞)x \in (0, +\infty) 恒成立,只需:
a⩽h(x)min⁡=4a \leqslant h(x)_{\min} = 4
所以实数 aa 的取值范围是 (−∞,4](-\infty, 4]。

答案

a⩽4a \leqslant 4(或 a∈(−∞,4]a \in (-\infty, 4])

(2)

1. 利用切线不等式进行放缩

要证 ln⁡x>1ex−2ex\ln x > \frac{1}{\mathrm{e}^x} - \frac{2}{\mathrm{e}x},即证 ln⁡x−e−x+2ex>0\ln x - \mathrm{e}^{-x} + \frac{2}{\mathrm{e}x} > 0 对一切 x∈(0,+∞)x \in (0, +\infty) 成立。
首先,利用指数切线不等式 et⩾t+1\mathrm{e}^t \geqslant t + 1(当且仅当 t=0t = 0 时等号成立),令 t=x−1t = x - 1,得:
ex−1⩾x\mathrm{e}^{x-1} \geqslant x
两边取倒数,得:
e−(x−1)⩽1x  ⟹  e−x⩽1ex\mathrm{e}^{-(x-1)} \leqslant \frac{1}{x} \implies \mathrm{e}^{-x} \leqslant \frac{1}{\mathrm{e}x}
当且仅当 x=1x = 1 时等号成立。因此:
−e−x⩾−1ex-\mathrm{e}^{-x} \geqslant -\frac{1}{\mathrm{e}x}
故对于 x>0x > 0:
ln⁡x−e−x+2ex⩾ln⁡x−1ex+2ex=ln⁡x+1ex\ln x - \mathrm{e}^{-x} + \frac{2}{\mathrm{e}x} \geqslant \ln x - \frac{1}{\mathrm{e}x} + \frac{2}{\mathrm{e}x} = \ln x + \frac{1}{\mathrm{e}x}

2. 构造新函数并求其最小值

设 p(x)=ln⁡x+1exp(x) = \ln x + \frac{1}{\mathrm{e}x}(x>0x > 0),对 p(x)p(x) 求导:
p′(x)=1x−1ex2=ex−1ex2p'(x) = \frac{1}{x} - \frac{1}{\mathrm{e}x^2} = \frac{\mathrm{e}x - 1}{\mathrm{e}x^2}
当 x∈(0,1e)x \in \left(0, \frac{1}{\mathrm{e}}\right) 时,p′(x)<0p'(x) < 0,p(x)p(x) 单调递减;
当 x∈(1e,+∞)x \in \left(\frac{1}{\mathrm{e}}, +\infty\right) 时,p′(x)>0p'(x) > 0,p(x)p(x) 单调递增。
因此 p(x)p(x) 在 x=1ex = \frac{1}{\mathrm{e}} 处取得最小值:
p(x)⩾p(1e)=ln⁡(1e)+1e⋅1e=−1+1=0p(x) \geqslant p\left(\frac{1}{\mathrm{e}}\right) = \ln\left(\frac{1}{\mathrm{e}}\right) + \frac{1}{\mathrm{e} \cdot \frac{1}{\mathrm{e}}} = -1 + 1 = 0

3. 综合讨论说明严格大于0

结合上述结果:

  1. 当 x≠1x \neq 1 时,放缩过程中取不到等号,有 ln⁡x−e−x+2ex>p(x)⩾0\ln x - \mathrm{e}^{-x} + \frac{2}{\mathrm{e}x} > p(x) \geqslant 0;
  2. 当 x=1x = 1 时,ln⁡1−e−1+2e=1e>0\ln 1 - \mathrm{e}^{-1} + \frac{2}{\mathrm{e}} = \frac{1}{\mathrm{e}} > 0。
    综上所述,对一切 x∈(0,+∞)x \in (0, +\infty),都有 ln⁡x>1ex−2ex\ln x > \frac{1}{\mathrm{e}^x} - \frac{2}{\mathrm{e}x} 成立。
答案

证明见解析。

AI 分析,可能出错

用 AI 批改,圈出写错的那一步,并自动将你的薄弱点存入错题本,形成你的错因库。

同一知识点的其他题

  1. 1对于函数f(x)=x2+2xf(x)=x^{2}+2x,在使f(x)⩾Mf(x)\geqslant M成立的所有实数MM中,我们把MM的最大值Mmax=−1M_{max}=-1叫做函数f(x)=x2+2xf(x)=x^{2}+2x的下确界,则对于a∈Ra∈R,…
  2. 2已知函数y=f(x)y=f(x)是定义在RR上的偶函数,且在区间[0,+∞)[0,+\infty)上单调递增,若实数mm满足f(log⁡3m)⩾f(1)f({{\log}_{3}}m)\geqslant f(1),则mm的取值范围为___.
  3. 3函数y=22sin⁡x−1y=\dfrac{2}{2\sin x-1}的值域是()(\quad) A. [−23,2]\left[-\dfrac{2}{3},2\right] B. (−∞,−23]∪[2,+∞)\left(-∞,-\dfrac{2}{3}\right]∪[2,+∞) …
  4. 4下列函数是偶函数的是()() A. y=2x2−3y=2x^{2}-3 B. y=x3y=x^{3} C. y=x2y=x^{2},x∈[0,1]x∈[0,1] D. y=xy=x
  5. 5下列命题为真命题的是()(\quad) A. ∃x0∈R\text{∃} x_{0}\in R,x02+4x0+6⩽0x_{0}^{2}\text{+}4x_{0}+6\leqslant 0 B. 正切函数y=tan⁡xy=\tan x的定义域为RR…