已知函数 $f(x)={\rm e}^{x-1}\cdot \ln x$,$g(x)=\dfrac{x^n-1}{nx}$($x>0$,$n\ne 0$).
【难度】
【出处】
【标注】
  1. 若当 $x\geqslant 1$ 时,$f(x)-x\cdot g(x)\geqslant 0$ 恒成立,求实数 $n$ 的取值范围;
    标注
    答案
    $(-\infty,2]$
    解析
    根据题意,有\[\forall x\geqslant 1,{\rm e}^{x-1}\ln x-\dfrac{x^n-1}{n}\geqslant 0,\]记不等式左侧函数为 $\varphi(x)$,则分析端点,有\[\begin{array}{c|cc}\hline
    x&1&+\infty \\ \hline
    \varphi(x)={\rm e}^{x-1}\ln x-\dfrac{x^n-1}{n}&0&+\infty \\ \hline
    \varphi'(x)={\rm e}^{x-1}\left(\ln x+\dfrac 1x\right)-x^{n-1}&0&\\ \hline
    \varphi''(x)={\rm e}^{x-1}\left(\ln x+\dfrac 2x-\dfrac{1}{x^2}\right)-(n-1)x^{n-2}&2-n& \\ \hline \end{array}\]得到讨论分界点 $n=2$.
    情形一 $n\leqslant 2$.当 $x\geqslant 1$ 时,有\[\varphi(x)\geqslant {\rm e}^{x-1}\left(\ln x+\dfrac 1x\right)-x\geqslant {\rm e}^{x-1}-x\geqslant 0,\]于是 $\varphi(x)$ 在 $[1,+\infty)$ 上单调递增,结合 $\varphi(1)=0$,符合题意.
    情形二 $n>2$.当 $x\geqslant 1$ 时,有\[\begin{split} \varphi'(x)&\leqslant {\rm e}^{x-1}\left[(x-1)+\left(1+\dfrac{1}{x^2}\right)-\dfrac{1}{x^2}\right]-(n-1)\\
    &=x{\rm e}^{x-1}-(n-1)\\
    &\leqslant {\rm e}^{2x-2}-(n-1),\end{split}\]因此当 $1\leqslant x<1+\dfrac{\ln(n-1)}2$ 时,有\[\varphi'(x)<0,\]于是 $\varphi(x)$ 在 $\left(1,1+\dfrac{\ln(n-1)}2\right)$ 上单调递减,结合 $\varphi(1)=0$,不符合题意.
    综上所述,实数 $n$ 的取值范围是 $(-\infty,2]$.
  2. 若 $n\in\mathbb N^{\ast}$,且 $f(x)\geqslant g(x)$ 恒成立,求 $n$ 的最大值.
    标注
    答案
    $3$
    解析
    根据题意,有\[\forall x>0,{\rm e}^{x-1}\cdot \ln x\geqslant \dfrac{x^n-1}{nx},\]
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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