问题 解答题
已知函数f(x)=lnx-
a
x

(I)若a>0,试判断f(x)在定义域内的单调性;
(II)若f(x)在[1,e]上的最小值为
3
2
,求a的值;
(III)若f(x)<x2在(1,+∞)上恒成立,求a的取值范围.
答案

(I)由题意f(x)的定义域为(0,+∞),且f'(x)=

1
x
+
a
x2
=
x+a
x2
…(2分)

∵a>0,

∴f'(x)>0,

故f(x)在(0,+∞)上是单调递增函数      …(4分)

(II)由(I)可知,f′(x)=

x+a
x2

(1)若a≥-1,则x+a≥0,即f′(x)≥0在[1,e]上恒成立,此时f(x)在[1,e]上为增函数,

∴[f(x)]min=f(1)=-a=

3
2

∴a=-

3
2
(舍去) …(5分)

(2)若a≤-e,则x+a≤0,即f′(x)≤0在[1,e]上恒成立,此时f(x)在[1,e]上为减函数,

∴[f(x)]min=f(e)=1-

a
e
=
3
2
⇒a=-
e
2
(舍去)…(6分)

(3)若-e<a<-1,令f'(x)=0得x=-a,当1<x<-a时,f'(x)<0,

∴f(x)在(1,-a)上为减函数,f(x)在(-a,e)上为增函数,

∴[f(x)]min=f(-a)=ln(-a)+1=

3
2
⇒a=-
e

∴[f(x)]min=f(-a)=ln(-a)+1=

3
2

∴a=-

e
.…(8分)

综上所述,a=-

e

(III)∵f(x)<x2

∴lnx-

a
x
x2

又x>0,∴a>xlnx-x3…(9分)

令g(x)=xlnx-x3,h(x)=g′(x)=1+lnx-3x2

∴h'(x)=

1
x
-6x=
1-6x2
x
∵x∈(1,+∞)时,h'(x)<0,

∴h(x)在(1,+∞)上是减函数,…(10分)

∴h(x)<h(1)=-2<0

即g'(x)<0∴g(x)在(1,+∞)上也是减函数,

∴g(x)在(1,+∞)上是减函数

∴g(x)<g(1)=-1

∴当a≥-1时,f(x)<x2在(1,+∞)上恒成立.…(12分)

∴a≥-1

单项选择题
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