问题 解答题
20、已知函数f(x)=
lnx+a
x
(a∈R),g(x)=
1
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.
答案

(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)=

1-(lnx+a)
x2
,令f′(x)=0,得x=e1-a

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)=

lnx+a-1
x
,则F′(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)=

a+1
e2
>0.

∴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)=

a+1
e2
≥0,即-1≤a≤0时,e1-a≤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)=

a+1
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.

综上,实数a的取值范围是[-1,+∞).

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