问题 解答题
已知函数f(x)=a(x-
1
x
)-lnx

(Ⅰ)若a=1,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(Ⅱ)若函数f(x)在其定义域内为增函数,求a的取值范围;
(Ⅲ)在(Ⅱ)的条件下,设函数g(x)=
e
x
,若在[1,e]上至少存在一点x0,使得f(x0)≥g(x0)成立,求实数a的取值范围.
答案

(Ⅰ)当a=1时,函数f(x)=x-

1
x
-lnx,

∴f(1)=1-1-ln1=0.f′(x)=1+

1
x2
-
1
x

曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线的斜率为f'(1)=1+1-1=1.

从而曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y-0=x-1,

即y=x-1.                                                 …(4分)

(Ⅱ)f′(x)=a+

a
x2
-
1
x
=
ax2-x+a
x2

要使f(x)在定义域(0,+∞)内是增函数,只需f′(x)≥0在(0,+∞)内恒成立.

即:ax2-x+a≥0得:a≥

x
1+x2
=
1
x+
1
x
恒成立.

由于x+

1
x
≥2,

1
x+
1
x
1
2

a≥

1
2

∴f(x)在(0,+∞)内为增函数,实数a的取值范围是[

1
2
,+∞).…(8分)

(III)∵g(x)=

e
x
在[1,e]上是减函数

∴x=e时,g(x)min=1,x=1时,g(x)max=e,即g(x)∈[1,e]

f'(x)=

ax2-x+a
x2
令h(x)=ax2-x+a

a≥

1
2
时,由(II)知f(x)在[1,e]上是增函数,f(1)=0<1

g(x)=

e
x
在[1,e]上是减函数,故只需f(x)max≥g(x)min,x∈[1,e]

而f(x)max=f(e)=a(e-

1
e
) -lne,g(x)min=1,即)=a(e-
1
e
) -lne
≥1

解得a≥

2e
e2-1

∴实数a的取值范围是[

2e
e2-1
,+∞)

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