问题 解答题
已知f(x)=
a
x
+lnx,x∈(0,e],g(x)=
lnx
x
,其中e是无理数,a∈R.
(1)若a=1时,f(x)的单调区间、极值;
(2)求证:在(1)的条件下,f(x)>g(x)+
1
2

(3)是否存在实数a,使f(x)的最小值是-1,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)=

1
x
+lnx,∴f′(x)=-
1
x2
+
1
x
=
x-1
x2
,(1分)

∴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,(3分)

∴f(x)的单调递减区间为(0,1);单调递增区间为(1,e);

f(x)的极小值为f(1)=1.(4分)

(2)由(1)知f(x)在(0,e]上的最小值为1,(5分)

令h(x)=g(x)+

1
2
=
lnx
x
+
1
2
,x∈(0,e]∴h′(x)=
1-lnx
x2
,(6分)

当0<x<e时,h′(x)>0,h(x)在(0,e]上单调递增,(7分)

h(x)max=h(e)=

1
e
+
1
2
1
2
+
1
2
=1=f(x)min

∴在(1)的条件下,f(x)>g(x)+

1
2
,(8分)

(3)假设存在实数a,使f(x)=

a
x
+lnx,(x∈(0,e])有最小值-1,

f′(x)=-

a
x2
+
1
x
=
x-a
x2
,(9分)

①当a≤0时,

∵0<x≤e,

∴f'(x)>0,

∴f(x)在(0,e]上单调递增,此时f(x)无最小值.(10分)

②当0<a<e时,

若0<x<a,则f'(x)<0,故f(x)在(0,a)上单调递减,

若a<x<e,则f'(x)>0,故f(x)在(a,e]上单调递增.f(x)min=f(a)=

a
a
+lna=-1,,得a=
1
e2
,满足条件.(12分)

3当a≥e4时,∵0<x<e,

∴f'(x)<0,

∴f(x)在(0,e]上单调递减,f(x)min=f(e)=

a
e
+lne=-1,得a=-2e(舍去),所以,此时无解.(13分)

综上,存在实数a=

1
e2
,使得当x∈(0,e]时f(x)的最小值是-1.(14分)

(3)法二:假设存在实数a,使f(x)=

a
x
+lnx,x∈(0,e])的最小值是-1,

故原问题等价于:不等式

a
x
+lnx≥-1,对x∈(0,e]恒成立,求“等号”取得时实数a的值.

即不等式a≥-x(1+lnx),对x∈(0,e]恒成立,求“等号”取得时实数a的值.

设g(x)=-x(1+lnx),即a=g(x)max,x∈(0,e](10分)

g′(x)=-[(1+lnx)+x•

1
x
]=-(2+lnx)(11分)

g′(x)=0,得x=

1
e2

0<x<

1
e2
,g'(x)>0,则g(x)在(0,
1
e2
)
单调递增;

1
e2
<x<e,g'(x)<0,则g(x)在(
1
e2
,e)
单调递减,(13分)

故当x=

1
e2
时,g(x)取得最大值,其值是g(
1
e
)=
1
e2

a=g(x)max=

1
e2

综上,存在实数a=

1
e2
,使得当x∈(0,e]时f(x)的最小值是-1.(14分)

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