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.
(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<
对任意x∈(1,+∞)恒成立,x•lnx+x x-1
设函数h(x)=
,则h′(x)=x(lnx+1) x-1
,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)=
在(1,x0)上递减,x(1+lnx) x-1
x∈(x0,+∞)时,m(x)>0,h′(x)>0,∴h(x)=
在(x0,+∞)上递增,x(1+lnx) x-1
∴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)=
得h(x0)=x0,x(lnx+1) x-1
∵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.