已知不等式(x+y)(1x+ay)⩾9(x+y)\left( \dfrac{1}{x}+\dfrac{a}{y} \right)\geqslant 9对任意的正实数xx,yy恒成立,则正实数aa的最小值为___.

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完整解法

1. 展开代数式以便使用基本不等式

展开已知不等式左边的代数式:
(x+y)(1x+ay)=1+ayx+xy+a=1+a+(ayx+xy)(x+y)\left( \dfrac{1}{x}+\dfrac{a}{y} \right) = 1 + \dfrac{ay}{x} + \dfrac{x}{y} + a = 1 + a + \left( \dfrac{ay}{x} + \dfrac{x}{y} \right)

2. 利用基本不等式求出代数式的最小值

因为 x>0x > 0,y>0y > 0,且 a>0a > 0,由基本不等式可得:
ayx+xy⩾2ayx⋅xy=2a\dfrac{ay}{x} + \dfrac{x}{y} \geqslant 2\sqrt{\dfrac{ay}{x} \cdot \dfrac{x}{y}} = 2\sqrt{a}
当且仅当 ayx=xy\dfrac{ay}{x} = \dfrac{x}{y},即 x=ayx = \sqrt{a}y 时等号成立。
因此,该代数式的最小值为:
1+a+2a=(a+1)21 + a + 2\sqrt{a} = (\sqrt{a}+1)^2

3. 根据恒成立条件列出关于 $a$ 的不等式并求解

要使 (x+y)(1x+ay)⩾9(x+y)\left( \dfrac{1}{x}+\dfrac{a}{y} \right)\geqslant 9 对任意正实数恒成立,只需其最小值大于或等于 99,即:
(a+1)2⩾9(\sqrt{a}+1)^2 \geqslant 9
由于 a>0a > 0,则 a+1>0\sqrt{a} + 1 > 0,解得:
a+1⩾3  ⟹  a⩾2  ⟹  a⩾4\sqrt{a} + 1 \geqslant 3 \implies \sqrt{a} \geqslant 2 \implies a \geqslant 4
因此,正实数 aa 的最小值为 44。

答案

4

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