问题
解答题
已知f(x)=lnx-
(Ⅰ)当a>0时,判断f(x)在定义域上的单调性; (Ⅱ)若f(x)<x2在(1,+∞)上恒成立,试求a的取值范围; (Ⅲ)若f(x)在[1,e]上的最小值为
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答案
(I)已知函数定义域为(0,+∝),
又有a>0,则y2=-
是增函数,a x
y1=lnx与y2=-
都是增函数,a x
故f(x)=lnx-
在定义域上是增函数.a x
(Ⅱ)由已知f(x)<x2,即f(x)=lnx-
<x2,在(1,+∞)上恒成立,a x
即a>xlnx-x3在(1,+∞)上恒成立
令g(x)=xlnx-x3,则g′(x)=lnx-3x2+1,
又[g′(x)]'=
-6x<0,在(1,+∞)上恒成立,1 X
所以g′(x)在(1,+∞)上为减函数,故g′(x)<g′(1)<0,
因此g(x)在(1,+∞)为减函数,
故a≥g(1),即a≥-1.(5分)
(III)分三种情况讨论,
(1)令f′(x)≥0,在[1,e]上恒成立,x+a≥0,即a≥-x,
则a≥-1时.此时f(x)在[1,e]上为增函数.
f(x)min=f(1)=-a=
,3 2
得a=-
,(舍去)3 2
(2)令f′(x)≤0,在[1,e]上恒成立,有x+a≤0,即a≤-x,
则a≤-e时.此时f(x)在[1,e]上为减函数.
则f(x)min=f(e)=1-
=a e
,3 2
得a=-
(舍去),e 2
(3)当-e<x<-1时,令f′(x)=0,得x0=-a,
当1<x<x0时,f′(x)<0,f(x)在(1,x0)上为减函数,
当x0<x<e时,f′(x)>0,f(x)在(x0,e)上为增函数,
f(x)min=f(-a)=ln(-a)+1=
,3 2
解可得a=-
,e
综上可得,a=-
.(6分).e