20、已知函数f(x)=
(1)求函数g(x)在x=1处的切线方程; (2)求f(x)的单调区间与极值; (3)若函数f(x)的图象与函数g(x)的图象在区间(0,e2]上有公共点,求实数a的取值范围. |
(1)∵g(x)=
,1 x
∴g′(x)=-
.1 x2
∴g′(1)=-1,又g(1)=1,
∴函数g(x)在x=1处的切线方程为y-1=-(x-1),即y=-x+2.
(2)f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=
,令f′(x)=0,得x=e1-a,1-(lnx+a) x2
当x∈(0,e1-a)时,f′(x)>0,f(x)在∈(0,e1-a]上是增函数;
当x∈(e1-a,+∞)时,f′(x)<0,f(x)在∈[e1-a,+∞)上是减函数;
∴函数f(x)的单调递增区间为(0,e1-a],单调递减区间为[e1-a,+∞),极大值为f(x)极大值=f(e1-a)=ea-1,无极小值.
(3)令F(x)=f(x)-g(x)=
,则F′(x)=lnx+a-1 x
.-lnx+2-a x2
令F′(x)=0得x=e2-a;令F′(x)>0,得0<x<e2-a;令F′(x)<0,得x>e2-a.
故函数F(x)在区间(0,e2-a]上是增函数,在区间[e2-a,+∞)上是减函数.
①当e2-a<e2,即a>0时,函数F(x)在区间(0,e2-a]上是增函数,在区间[e2-a,e2]上是减函数.
∴F(x)max=F(e2-a)=ea-2,
又F(e1-a)=0,F(e2)=
>0.a+1 e2
∴当0<x<e1-a时,F(x)<0;
当e1-a<x≤e2时,F(x)>0;
此时函数f(x)的图象与函数g(x)的图象在区间(0,e2]上有一个公共点.
②当e2-a≥e2,即a≤0时,函数F(x)在区间(0,e2]上是增函数,F(x)max=F(e2)=
.a+1 e2
若F(x)max=F(e2)=
≥0,即-1≤a≤0时,e1-a≤e2,a+1 e2
∵F(e1-a)=0,所以函数f(x)的图象与函数g(x)的图象在区间(0,e2]上有一个公共点;
若F(x)max=F(e2)=
<0,即a<-1时,函数f(x)的图象与函数g(x)的图象在区间(0,e2]上没有公共点.a+1 e2
综上,实数a的取值范围是[-1,+∞).