问题 解答题
已知函数f(x)=xlnx,g(x)=x+
a2
x
,(a>0).
(Ⅰ)求f(x)在区间[1,e](e为自然对数的底数)上的最大值;
(Ⅱ)若对任意的x1,x2∈[1,e]都有g(x1)≥f(x2)成立,求实数a的取值范围.
答案

(Ⅰ)∵f(x)=xlnx,

∴x>0,f′(x)=lnx+1,

由f′(x)=lnx+1>0,得x>

1
e

∴f(x)的增区间是(

1
e
,+∞).

由f′(x)=lnx+1<0,得x<

1
e

∴f(x)的减区间是(0,

1
e
).

∴f(x)在区间[1,e]上上单调递增,

∴f(x)在区间[1,e]上的最大值f(x)max=f(e)=elne=e.

(Ⅱ)对任意的x1,x2∈[1,e]都有g(x1)≥f(x2)成立,等价于对任意的x1,x2∈[1,e]都有[g(x)]min≥[f(x)]max

当x∈[1,e]时,f′(x)=lnx+1>0.

∴函数f(x)=xlnx在[1,e]上是增函数.

∴[f(x)]max=f(e)=e.

g(x)=x+

a2
x
,(a>0),

g (x)=1-

a2
x2
=
(x+a)(x-a)
x2
,且x∈[1,e],a>0.

①当0<a<1且x∈[1,e]时,g(x)= 

(x+a)(x-a)
x2
>0,

∴函数g(x)=x+

a2
x
,在[1,e]上是增函数,

∴[g(x)]min=g(1)=1+a2

由1+a2≥e,得a≥

e-1

又0<a<1,∴a不合题意.

②当1≤a≤e时,

若1≤x<a,则g(x)= 

(x+a)(x-a)
x2
<0,

若a<x≤e,则g(x)= 

(x+a)(x-a)
x2
>0.

∴函数g(x)=x+

a2
x
在[1,a)上是减函数,在(a,e]上是增函数.

∴[g(x)]min=g(a)=2a.

由2a≥e,得a≥

e
2

又1≤a≤e,∴

e
2
≤a≤e.

③当a>e且x∈[1,e]时,g(x)= 

(x+a)(x-a)
x2
<0,

∴函数g(x)=x+

a2
x
在[1,e]上是减函数.

[g(x)]min=g(e)=e+

a2
e

e+

a2
e
≥e,得a∈R,

又a>e,∴a>e. (15分)

综上所述,a的取值范围为[

e
2
,+∞).

单项选择题
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