问题 解答题
已知函数f(x)=x-1-
lnx
x
(x>0)及h(x)=x2-1+lnx(x>0)
(I)判断函数h(x)在(0,+∞)上的单调性,并求出h(1)的值;
(II)求函数f(x)的单调区间及其在定义域上的最小值;
(III)是否存在实数m,n,满足1≤m<n,使得函数f(x)在[m,n]的值域也有[m,n]?并说明理由.
答案

(Ⅰ)∵h'(x)=2x+

1
x
,又因为x>0,所以h'(x)>0在(0,+∞)上恒成立

即函数h(x)在(0,+∞)上是单调递增,(2分)

且h(1)=0(4分)

(Ⅱ)f'(x)=

x2-1+lnx
x2
=
h(x)
x2
(x>0)

由(Ⅰ)函数h(x)=x2-1+lnx在(0,+∞)上是单调递增,且h(1)=0可知:

当0<x<1时,h(x)<0,所以有f'(x)<0;

当x>1时,h(x)>0,所以有f'(x)>0.(7分)

即函数f(x)在区间(0,1)上是减函数,在区间(1,+∞)上是增函数.(8分)

所以函数f(x)在x=1处取得最小值f(1)=0(9分)

(Ⅲ)不存在(10分)

∵函数f(x)在区间(1,+∞)上是增函数,

∴当满足1≤m<n,函数f(x)在[m,n]也是增函数.

若函数f(x)在[m,n]的值域也有[m,n],则有f(m)=m,f(n)=n,

也即函数y=f(x)与直线y=x在[1,+∞)上至少有两个不同的交点,

也即g(x)=f(x)-x在[1,+∞)上至少有两个不同的零点,

又g(x)=f(x)-x在区间[1,e)上是减函数,且g(1)=f(1)-1=-1,

当x∈[e,+∞)为增函数,且g(x)<0.

∴函数g(x)=f(x)-x在[1,+∞)上没有零点,

所以不存在实数m,n,满足1≤m<n,使得函数f(x)在[m,n]的值域也有[m,n].(13分)

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