问题 解答题

已知f(x)=ax-lnx,x∈(0,e],其中e是自然常数,a∈R.

(1)讨论a=1时,f(x)的单调性、极值;

(2)设g(x)=x2-x+3b2-2b.当a=1时,若对任意x1∈(0,e],存在x2∈[1,2],使f(x1)≥g(x2),求b的取值范围;

(3)是否存在实数a,使f(x)的最小值是3,若存在,求出a的值;若不存在,说明理由.

答案

(1)当a=1时f(x)=x-lnx,f′(x)=1-

1
x
=
x-1
x

所以当0<x<1时,f′(x)<0,此时f(x)单调递减;当1<x<e时,f′(x)>0,此时f(x)单调递增.

所以f(x)的极小值为f(1)=1.                       

(2)若对任意x1∈(0,e],存在x2∈[1,2],使f(x1)≥g(x2),等价于f(x1min≥g(x2min.                                     

由(1)知当x1∈(0,e]时,f(x1)有极小值为1,即当x1∈(0,e]时,f(x1min=1,

因为g(x)=x2-x+3b2-2b的对称轴为x=

1
2

所以g(x)=x2-x+3b2-2b在x2∈[1,2]上单调递增,其最小值为g(1)=3b2-2b,

所以有3b2-2b≤1,解得-

1
3
≤b≤1.             

故b的取值范围为[-

1
3
,1].                      

(3)假设存在实数a,使f(x)=ax-lnx(x∈(0,e])有最小值3,f′(x)=a-

1
x
=
ax-1
x

①当a≤0时,f(x)在(0,e]上单调递减,f(x)min=f(e)=ae-1=3,a=

4
e
(舍去),所以,此时f(x)无最小值.

②当0<

1
a
<e时,f(x)在(0,
1
a
)上单调递减,在(
1
a
,e]上单调递增,f(x)min=f(
1
a
)
=1+lna=3,a=e2,满足条件.

③当

1
a
≥e时,f(x)在(0,e]上单调递减,f(x)min=f(e)=ae-1=3,a=
4
e
(舍去),

所以,此时f(x)无最小值.

综上,存在实数a=e2,使得当x∈(0,e]时f(x)有最小值3.

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