解析
思路分析: 本题为指数与对数混合的恒成立问题,直接研究 f(x)=aeax−lnx 的单调性与最小值,通过换元 t=ax0 将最小值表达式转化为关于 t 的函数,利用 g(t)=t1−2lnt−t 的单调性确定临界条件。
解: 令 f(x)=aeax−lnx,x⩾1。
由 f(1)=aea⩾0 得 a⩾0。当 a=0 时 f(x)=−lnx⩽0(x>1),不满足,故 a>0。
求导:f′(x)=a2eax−x1,f′′(x)=a3eax+x21>0,
故 f′(x) 在 [1,+∞) 上单调递增,f′(1)=a2ea−1。
(1)当 f′(1)⩾0,即 a2ea⩾1 时,
f′(x)⩾0 恒成立,f(x) 单调递增,
f(x)⩾f(1)=aea>0,满足条件。
(2)当 f′(1)<0,即 a2ea<1 时,
存在唯一 x0>1 使 f′(x0)=0,
f(x) 在 (1,x0) 递减,(x0,+∞) 递增,
最小值 f(x0)=aeax0−lnx0。
由 f′(x0)=0 得 a2eax0=x01,即 a2x0eax0=1。
将 eax0=a2x01 代入 f(x0):
f(x0)=a⋅a2x01−lnx0=ax01−lnx0
对 a2x0eax0=1 两边取对数:2lna+lnx0+ax0=0,即 lnx0=−2lna−ax0。
代入得:
f(x0)=ax01+2lna+ax0
令 t=ax0>0,则 f(x0)=t1+2lna+t。
由 a⋅ax0⋅eax0=a⋅t⋅et=1,即 tet=a1,
故 a=tet1,lna=−lnt−t。
代入 f(x0):
f(x0)=t1+2(−lnt−t)+t=t1−2lnt−t
设 g(t)=t1−2lnt−t,t>0,
g′(t)=−t21−t2−1<0
故 g(t) 在 (0,+∞) 上单调递减,且 g(1)=1−0−1=0。
所以 f(x0)⩾0⟺g(t)⩾0⟺t⩽1。
由 tet=a1 及 t⩽1 得 a1=tet⩽1⋅e1=e,
即 a⩾e1。
综上所述,a 的取值范围为 [e1,+∞),故选 A。
验证: 取 a=e1≈0.368,
f(x)=e1⋅ex/e−lnx
当 x=e 时,f(e)=e1⋅ee/e−lne=e1⋅e−1=0,
且 f(x)⩾0 恒成立,e1 为临界值。
取 a=1,f(x)=ex−lnx,f(1)=e>0,满足条件,且 1>e1,故 B 选项 [1,+∞) 虽然正确但范围过窄,非完整解集。
答案:A