1. 构造辅助函数并确定不等式恒成立条件
因为当 x>1 时,函数 y=f(x) 的图象总在 y=g(x) 的图象上方,即 f(x)>g(x) 恒成立。
构造函数 F(x)=f(x)−g(x)=xex−a−alnx−a (x>1),则在 (1,+∞) 上 F(x)>0 恒成立。
2. 求导函数并化简形式
求导得:
F′(x)=x2ex⋅x−(ex−a)−xa=x2xex−ex+a−ax=x2(x−1)(ex−a)
3. 分类讨论:当 $a \le e$ 时的情况
① 当 a≤e 时:
因为 x>1,所以 ex>e1=e≥a,从而 ex−a>0 恒成立。
又 x−1>0,x2>0,所以 F′(x)>0。
故 F(x) 在 (1,+∞) 上单调递增。
要使 F(x)>0 在 (1,+∞) 上恒成立,只需 F(1)≥0。
F(1)=e−a−a=e−2a≥0⟹a≤2e。
由于 2e<e,所以此时实数 a 的取值范围为 a≤2e。
4. 分类讨论:当 $a > e$ 时的情况
② 当 a>e 时,则 lna>1。
由 F′(x)=0 且 x>1 得 x=lna。
当 1<x<lna 时,F′(x)<0,F(x) 单调递减;
当 x>lna 时,F′(x)>0,F(x) 单调递增。
所以 F(x) 在 x=lna 处取得极小值,即最小值 F(lna)。
要使 F(x)>0 恒成立,只需 F(lna)>0。
F(lna)=lnaelna−a−aln(lna)−a=−aln(lna)−a>0
因为 a>e>0,所以 ln(lna)+1<0⟹lna<e−1=e1⟹a<ee1。
但由于 ee1<e,这与 a>e 矛盾,故此时无解。
5. 综上所述,得出实数 $a$ 的取值范围
综上所述,实数 a 的取值范围为 a≤2e。
答案a≤2e