∀x∈(0,+∞)∀x\in(0,+∞),不等式xex−3−x−ln⁡x⩾axe^{x-3}-x-\ln x\geqslant a恒成立,则aa的最大值为()(\quad)
A. −2-2
B. 00
C. e−2−1e^{-2}-1
D. −ln⁡3-\ln 3

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完整解法

1. 变形不等式并引入换元

将不等式中的 xex−3xe^{x-3} 变形为 eln⁡x⋅ex−3=ex+ln⁡x−3e^{\ln x} \cdot e^{x-3} = e^{x+\ln x-3}。
则原不等式 xex−3−x−ln⁡x⩾axe^{x-3}-x-\ln x\geqslant a 可化为:
ex+ln⁡x−3−(x+ln⁡x)⩾ae^{x+\ln x-3} - (x+\ln x) \geqslant a
进一步整理为:
ex+ln⁡x−3−(x+ln⁡x−3)−3⩾ae^{x+\ln x-3} - (x+\ln x-3) - 3 \geqslant a
令 t=x+ln⁡x−3t = x+\ln x-3。
因为当 x∈(0,+∞)x \in (0, +\infty) 时,函数 g(x)=x+ln⁡x−3g(x) = x+\ln x-3 在其定义域上单调递增,且值域为 R\mathbb{R},
所以参数 tt 的取值范围为 R\mathbb{R}。
不等式转化为:对于任意 t∈Rt \in \mathbb{R},恒有 et−t−3⩾ae^t - t - 3 \geqslant a。

2. 利用导数求新函数 $h(t) = e^t - t - 3$ 的最小值

设 h(t)=et−t−3h(t) = e^t - t - 3 (t∈Rt \in \mathbb{R})。
对其求导得:
h′(t)=et−1h'(t) = e^t - 1
令 h′(t)=0h'(t) = 0,解得 t=0t = 0。
当 t<0t < 0 时,h′(t)<0h'(t) < 0,h(t)h(t) 单调递减;
当 t>0t > 0 时,h′(t)>0h'(t) > 0,h(t)h(t) 单调递增。
因此,当 t=0t = 0 时,h(t)h(t) 取得极小值,也是最小值。
最小值 h(0)=e0−0−3=1−3=−2h(0) = e^0 - 0 - 3 = 1 - 3 = -2。

3. 确定 $a$ 的最大值并选出正确答案

因为对于任意 t∈Rt \in \mathbb{R},恒有 h(t)⩾ah(t) \geqslant a,
所以 a⩽h(t)min⁡=−2a \leqslant h(t)_{\min} = -2。
因此,aa 的最大值为 −2-2,本题选 A。

答案

A

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