问题 解答题
已知函数f(x)=ax-lnx,g(x)=
lnx
x
,它们的定义域都是(0,e],其中e≈2.718,a∈R
( I)当a=1时,求函数f(x)的单调区间;
( II)当a=1时,对任意x1,x2∈(0,e],求证:f(x1)>g(x2)+
17
27

( III)令h(x)=f(x)-g(x)•x,问是否存在实数a使得h(x)的最小值是3,如果存在,求出a的值;如果不存在,说明理由.
答案

( I)当a=1时,f(x)=x-lnx,x∈(0,e]

f′(x)=1-

1
x
=
x-1
x

令f'(x)>0∴1<x<e令f'(x)<0∴0<x<1

∴f(x)的单调增区间为(1,e),减区间为(0,1)

( II)由( I)知f(x)在(0,e]的最小值为f(1)=1

g′(x)=

1-lnx
x2
g'(x)≥0在区间(0,e]上成立

∴g(x)在(0,e]单调递增,故g(x)在区间(0,e]上有最大值g(e)=

1
e

要证对任意x1,x2∈(0,e],f(x1)>g(x2)+

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即证f(x1)min>g(x2)max+

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27

即证1>

1
e
+
17
27
,即证e>2.7

故命题成立

( III)h(x)=f(x)-g(x)•x=ax-2lnx,x∈(0,e]

h′(x)=a-

2
x
=
ax-2
x

(1)当a=0时,h'(x)<0,∴h(x)在(0,e]单调递减,

故h(x)的最小值为h(e)=-2,舍去

(2)当a>0时,由h'(x)<0,得0<x<

2
a

①当0<a≤

2
e
时,
2
a
≥e

∴h(x)在(0,e]单调递减,故h(x)的最小值为h(e)=ae-2=3,

a=

5
e
2
e
,舍去

②当a>

2
e
时,
2
a
<e

∴h(x)在(0,

2
a
]单调递减,在(
2
a
,e)
单调递增,

故h(x)的最小值为h(

2
a
)=2-2ln
2
a
=3,a=2
e
,满足要求

(3)当a<0时,h'(x)<0在(0,e]上成立,

∴h(x)在(0,e]单调递减,故h(x)的最小值为h(e)=ae-2=3∴a=

5
e
2
e
,舍去

综合上述,满足要求的实数a=2

e

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