问题 解答题
已知f(x)=ax-1nx,x∈(0,e],g(x)=
1nx
x
,其中e是自然常数,a∈R.
(Ⅰ)当a=1时,研究f(x)的单调性与极值;
(Ⅱ)在(Ⅰ)的条件下,求证:f(x)>g(x)+
1
2

(Ⅲ)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

(Ⅰ)f(x)=x-lnx,f′(x)=

x-1
x
 …(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)的极小值为f(1)=1                   …(4分)

(Ⅱ)证明:∵f(x)的极小值为1,即f(x)在(0,e]上的最小值为1,

∴f(x)>0,f(x)min=1…(5分)

令h(x)=g(x))+

1
2
=
lnx
x
+
1
2
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     …(9分)

∴在(1)的条件下,f(x)>g(x)+

1
2
;…(10分)

(Ⅲ)假设存在实数a,使f(x)的最小值是3,f′(x)=

ax-1
x

①当a≤0时,x∈(0,e],所以f′(x)<0,所以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.…(12分)

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.…(14分)

③当

1
a
≥e时,x∈(0,e],所以f′(x)<0,

所以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.…(15分)

综上,存在实数a=e2,使f(x)的最小值是3.…(16分)

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