问题 解答题
已知,f(x)=ax-lnx,g(x)=
-f(x)
x
,a∈R.
(1)当a=1时,讨论f(x)的单调性、极值;
(2)当a=-1时,求证:g(x2)-f(x1)<2x1+
1
2
,∀x1x2∈(0,+∞)
成立;
(3)是否存在实数a,使x∈(0,e]时,f(x)的最小值是3,若存在,求出a的值;若不存在,说明理由.
答案

(1)a=1时,f(x)=x-lnx,f′(x)=

x-1
x
(x>0),x>1时,f'(x)>0,x<0时,f'(x)<0,

所以f(x)在(0,1)上单调递减,(1,+∞)上单调递增,f(x)有极小值f(1)=1

(2)a=-1时,g(x)=

x+lnx
x
=1+
lnx
x
,g′(x)=
1-lnx
x2
,设h(x)=f(x)+2x+
1
2

h(x)=x-lnx+

1
2
,由(1)知h(x)的最小值为
3
2

又因为g(x)在(0,e)上单调递增,(e,+∞)单调递减,

所以g(x)最大值为g(e)=1+

1
e
3
2
=h(x)min

所以g(x2)<h(x1)(x1,x2∈(0,+∞)

从而:g(x2)-f(x1)<2x1+

1
2
,∀x1x2∈(0,+∞)成立

(3)f/(x)=

ax-1
x

①当a≤0时,f′(x)<0,f(x)在x∈(0,e)上单调递减f(e)<0,与题意不符;

②当a>0时,f′(x)=0的根为

1
a

0<

1
a
<e时,f(x)在x∈(0,
1
a
)上单调递减,在(
1
a
,e)上单调递增
f(x)min=f(
1
a
)=1-ln
1
a
=3
,解得a=e2

③当

1
a
≥e时,f′(x)<0,f(x)在x∈(0,e)上单调递减f(e)<0,与题意不符;

综上所述a=e2时,使x∈(0,e]时,f(x)的最小值是3

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