问题 解答题
已知函数f(x)是定义在[-e,0)∪(0,e]上的奇函数,当x∈(0,e]时,f(x)=ax+lnx(其中e是自然界对数的底,a∈R)
(1)求f(x)的解析式;
(2)设g(x)=
ln|x|
|x|
,x∈[-e,0)
,求证:当a=-1时,f(x)>g(x)+
1
2

(3)是否存在实数a,使得当x∈[-e,0)时,f(x)的最小值是3?如果存在,求出实数a的值;如果不存在,请说明理由.
答案

(1)设x∈[-e,0),则-x∈(0,e],∴f(-x)=-ax+ln(-x),

又∵f(x)是定义在[-e,0)∪(0,e]上的奇函数,

∴f(x)=-f(-x)=ax-ln(-x),

∴函数f(x)的解析式为f(x)=

ax-ln(-x),x∈[-e,0)
ax+lnx,x∈(0,e]

(2)证明:当x∈[-e,0)且a=-1时,f(x)=-x-ln(-x),g(x)=

ln(-x)
-x

h(x)=

ln(-x)
-x
+
1
2

f′(x)=-1-

1
x
=-
x+1
x

∴当-e≤x≤-1时,f'(x)≤0,此时f(x)单调递减;

当-1<x<0时,f'(x)>0,此时f(x)单调递增,

∴f(x)min=f(-1)=1>0,

又∵h′(x)=

ln(-x)-1
x2

∴当-e≤x<0时,h'(x)≤0,此时h(x)单调递减,

h(x)max=h(-e)=

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

∴当x∈[-e,0)时,f(x)>h(x),即f(x)>g(x)+

1
2

(3)假设存在实数a,使得当x∈[-e,0)时,f(x)=ax-ln(-x)有最小值是3,

f′(x)=a-

1
x
=
ax-1
x

(ⅰ)当a=0,x∈[-e,0)时,f′(x)=-

1
x
>0.f(x)在区间[-e,0)上单调递增,

f(x)min=f(-e)=-1,不满足最小值是3

(ⅱ)当a>0,x∈[-e,0)时,f'(x)>0,f(x)在区间[-e,0)上单调递增,

f(x)min=f(-e)=-ae-1<0,也不满足最小值是3

(ⅲ)当-

1
e
≤a<0,由于x∈[-e,0),则f′(x)=a-
1
x
≥0

故函数f(x)=ax-ln(-x)是[-e,0)上的增函数.

∴f(x)min=f(-e)=-ae-1=3,解得a=-

4
e
<-
1
e
(舍去)

(ⅳ)当a<-

1
e
时,则

-e≤x<

1
a
时,f′(x)=a-
1
x
<0
,此时函数f(x)=ax-ln(-x)是减函数;

1
a
<x<0时,f′(x)=a-
1
x
>0
,此时函数f(x)=ax-ln(-x)是增函数.

f(x)min=f(

1
a
)=1-ln(-
1
a
)=3,解得a=-e2

综上可知,存在实数a=-e2,使得当x∈[-e,0)时,f(x)有最小值3.

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