已知实数 $a>1$,若函数 $y=a^{\frac x{\mathrm e}}$ 的图象与函数 $y={\mathrm e}{\log_a}x$ 的图象有两个不同的交点,则 $a$ 的取值范围是
【难度】
【出处】
【标注】
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    函数
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    函数的图象与性质
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    函数的零点
  • 知识点
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    微积分初步
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    利用导数研究函数的性质
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    利用导数研究函数的零点
【答案】
$(1,{\mathrm e})$
【解析】
令 $b=a^{\frac 1{\rm e}}$,则 $b>1$,且函数 $y=b^x$ 与 $y={\log_b}x$ 的图象有两个不同的交点.设 $(m,n)$ 为其中一个交点,则有$$b^m=n,b^n=m,$$若 $m\ne n$,则有 $\dfrac {b^m-b^n}{m-n}=-1$,这不可能,所以这两个函数的交点只能在 $y=x$ 上,即 $y=b^x$ 与 $y=x$ 有两个不同的交点,令 $f(x)=b^x-x$,则有$$f'(x)=b^x\ln b-1=\ln b\left(b^x-\dfrac 1{\ln b}\right).$$所以函数 $y=f(x)$ 在 $\left(0,{\log_b}{\dfrac 1{\ln b}}\right)$ 上单调递减,在 $\left({\log_b}{\dfrac 1{\ln b}},+\infty\right)$ 上单调递增,从而有$$f\left({\log_b}{\dfrac 1{\ln b}}\right)=\dfrac 1{\ln b}-{\log_b}\dfrac 1{\ln b}<0,$$又因为$$\dfrac 1{\ln b}-{\log_b}\dfrac 1{\ln b}={\log_b}e-{\log_b}\dfrac 1{\ln b}={\log_b}({\rm e}\ln b),$$所以有 ${\rm e}\ln b<1$,从而 $\ln b<\dfrac 1{\rm e}$,解得 $1<b<{\rm e}^{\frac 1{\rm e}}$,所以 $a\in(1,\rm e)$.
题目 答案 解析 备注
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