问题 解答题

已知函数f(x)=xlnx+ax(a∈R)

(I)若函数f(x)在区间[e2,+∞)上为增函数,求a的取值范围;

(II)若对任意x∈(1,+∞),f(x)>k(x-1)+ax-x恒成立,求正整数k的值.

答案

(Ⅰ)由f(x)=xlnx+ax,得:f(x)=lnx+a+1

∵函数f(x)在区间[e2,+∞)上为增函数,

∴当x∈[e2,+∞)时f(x)≥0,

即lnx+a+1≥0在区间[e2,+∞)上恒成立,

∴a≥-1-lnx.

又当x∈[e2,+∞)时,

lnx∈[2,+∞),∴-1-lnx∈(-∞,-3].

∴a≥-3;

(Ⅱ)若对任意x∈(1,+∞),f(x)>k(x-1)+ax-x恒成立,

即x•lnx+ax>k(x-1)+ax-x恒成立,

也就是k(x-1)<x•lnx+ax-ax+x恒成立,

∵x∈(1,+∞),∴x-1>0.

则问题转化为k

x•lnx+x
x-1
对任意x∈(1,+∞)恒成立,

设函数h(x)=

x(lnx+1)
x-1
,则h(x)=
x-lnx-2
(x-1)2

再设m(x)=x-lnx-2,则m(x)=1-

1
x

∵x∈(1,+∞),∴m(x)>0,则m(x)=x-lnx-2在(1,+∞)上为增函数,

∵m(1)=1-ln1-2=-1,m(2)=2-ln2-2=-ln2,m(3)=3-ln3-2=1-ln3<0,m(4)=4-ln4-2=2-ln4>0.

∴∃x0∈(3,4),使m(x0)=x0-lnx0-2=0.

∴当x∈(1,x0)时,m(x)<0,h(x)<0,∴h(x)=

x(1+lnx)
x-1
在(1,x0)上递减,

x∈(x0,+∞)时,m(x)>0,h(x)>0,∴h(x)=

x(1+lnx)
x-1
在(x0,+∞)上递增,

∴h(x)的最小值为h(x0)=

x0(1+lnx0)
x0-1

∵m(x0)=x0-lnx0-2=0,∴lnx0+1=x0-1,代入函数h(x)=

x(lnx+1)
x-1
得h(x0)=x0

∵x0∈(3,4),且k<h(x)对任意x∈(1,+∞)恒成立,

∴k<h(x)min=x0,∴k≤3,

∴k的值为1,2,3.

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