问题 解答题
已知函数f(x)=lnx+
1
x
+ax
,其中x>0,常数a∈R
(1)若函数f(x)在[1,+∞),上是单调函数,求a的取值范围
(2)若函数f(x)在[1,+∞)有最大值
2
e
(其中e为无理数,约为2.71828),求a的值
答案

(1)∵f(x)=lnx+

1
x
+axf/(x)=
1
x
-
1
x2
+a

f/(x)=

1
x
-
1
x2
+a≥0对x∈[1,+∞)恒成立,则a≥
1
x2
-
1
x
对x∈[1,+∞)恒成立,∴a≥0

f/(x)=

1
x
-
1
x2
+a≤0对x∈[1,+∞)恒成立,则a≤
1
x2
-
1
x
对x∈[1,+∞)恒成立,∴a≤-
1
4

∴当函数f(x)在[1,+∞)上是单调函数时,

∴所求a的取值范围为:a≥0或a≤-

1
4

(2)当a≥0时,函数f(x)在[1,+∞)上单调递增,所以f(x)在[1,+∞)无最大值.

a≤-

1
4
时,函数f(x)在[1,+∞)上单调递减,所以由f(1)=
2
e
,得a=
2
e
-1<-
1
4

-

1
4
<a<0时,由f/(x)=
1
x
-
1
x2
+a>0
得ax2+x-1>0,则α<x<β

(其中α=

-1+
1+4a
2a
>1,β=
-1-
1+4a
2a
>-
1
2a
>2)

∴函数f(x)在[1,α]上单调递减,在[α,β]上单调递增,在[β,+∞]上单调递减,

f(1)=

2
e
,得a=
2
e
-1<-
1
4
,不符要求.

f(β)=

2
e
,得lnβ+
1
β
+aβ=
2
e

又∵aβ2+β-1=0,∴aβ=

1
β
-1代入得lnβ+
2
β
-1=
2
e

设函数h(x)=lnx+

2
x
-1-
2
e
(x>2),则h/(x)=
1
x
-
2
x2
=
x-2
x2
>0

所以函数h(x)在(2,+∞)上单调递增,而h(e)=0

∴β=e,所以a=

1-β
β2
=
1-e
e2
当a=
2
e
-1或a=
1-e
e2
时,

函数f(x)在[1,+∞)有最大值

2
e

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