已知 ${\rm e}^x-x^2-ax+1\geqslant 0$ 在 $(0,+\infty)$ 上恒成立,则整数 $a$ 的最大值为 .
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
$2$
【解析】
题意即\[\forall x>0,a\leqslant \dfrac{{\rm e}^x-x^2+1}{x},\]令右侧函数为 $\varphi(x)$,注意到\[\begin{array}{c|ccc}\hline
x&1&2&3\\ \hline
\varphi(x)&{\rm e}&\dfrac{{\rm e}^2-3}{2}&\dfrac{{\rm e}^3-8}{3}\\ \hline
&2.\cdots &2.\cdots&4.\cdots\\ \hline
\end{array}\]于是猜想整数 $a$ 的最大值为 $2$.尝试证明\[\forall x>0,{\rm e}^x-x^2-2x+1\geqslant 0,\]也即\[\forall x>0,(x^2+2x-1){\rm e}^{-x}\leqslant 1,\]设左侧函数为 $f(x)$,则其导函数\[f'(x)=(3-x^2){\rm e}^{-x},\]因此 $f(x)$ 的极小值,亦为最小值为\[f\left(\sqrt 3\right)=\left(2+2\sqrt 3\right){\rm e}^{-\sqrt 3}.\]由于\[\begin{split} {\rm e}^{\sqrt 3}&>1+\sqrt 3+\dfrac 12\cdot \left(\sqrt 3\right)^2+\dfrac 16\left(\sqrt 3\right)^3+\dfrac {1}{24}\left(\sqrt 3\right)^4\\
&=\dfrac{23+12\sqrt 3}8\\
&>\dfrac{16+16\sqrt 3}8,\end{split}\]因此猜想得证.
综上所述,整数 $a$ 的最大值为 $2$.
x&1&2&3\\ \hline
\varphi(x)&{\rm e}&\dfrac{{\rm e}^2-3}{2}&\dfrac{{\rm e}^3-8}{3}\\ \hline
&2.\cdots &2.\cdots&4.\cdots\\ \hline
\end{array}\]于是猜想整数 $a$ 的最大值为 $2$.尝试证明\[\forall x>0,{\rm e}^x-x^2-2x+1\geqslant 0,\]也即\[\forall x>0,(x^2+2x-1){\rm e}^{-x}\leqslant 1,\]设左侧函数为 $f(x)$,则其导函数\[f'(x)=(3-x^2){\rm e}^{-x},\]因此 $f(x)$ 的极小值,亦为最小值为\[f\left(\sqrt 3\right)=\left(2+2\sqrt 3\right){\rm e}^{-\sqrt 3}.\]由于\[\begin{split} {\rm e}^{\sqrt 3}&>1+\sqrt 3+\dfrac 12\cdot \left(\sqrt 3\right)^2+\dfrac 16\left(\sqrt 3\right)^3+\dfrac {1}{24}\left(\sqrt 3\right)^4\\
&=\dfrac{23+12\sqrt 3}8\\
&>\dfrac{16+16\sqrt 3}8,\end{split}\]因此猜想得证.
综上所述,整数 $a$ 的最大值为 $2$.
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