问题 解答题
设函数f(x)=lnx-
kx-a
ax
-lna(x>0,a>0且a为常数)

(1)当k=1时,判断函数f(x)的单调性,并加以证明;
(2)当k=0时,求证:f(x)>0对一切x>0恒成立;
(3)若k<0,且k为常数,求证:f(x)的极小值是一个与a无关的常数.
答案

(1)函数的定义域为x>0

当k=1时,f(x)=lnx-

1
x
x
1
2
+
a
x-
1
2
-lnx

f′(x)=

1
x
-
1
2
a
x-
1
2
-
a
2
x-
3
2
=-
(
x
-
a
)
2
2
ax
x
≤0

∴函数f(x)在(0,+∞)上是单调减函数

(2)当k=0时,f(x)=lnx+

a
x-
1
2
-lna

f′(x)=

1
x
-
a
2x
x
=
2
x
-
a
2x
x

f′(x)=0得x=

a
4

0<x<

a
4
时,f′(x)<0,f(x)是单调减函数

当x>

a
4
时,f′(x)>0,f(x)是单调增函数

当x=

a
4
时,f(x)有极小值f(
a
4
)=2-2ln2

∵e>2

f(x)的极小值f(

a
4
)=2(1-ln2)=2ln
e
2
>0

∴f(x)>0恒成立

(3)∵f(x)=lnx-

k
a
x
1
2
+
a
x-
1
2
-lna

f′(x)=

-kx+2
ax
-a
2
ax
x

f′( x)=0得kx-2

ax
 +a=0

解得

x
=
a
1-
1-k
k
x
=
a
1+
1-k
k
舍去)

x=

a
(1+
1-k
)
2

当0<x<

a
(1+
1-k
)
2
,f′(x)<0,f(x)是单调减函数

当x>

a
(1+
1-k
)
2
时,f′(x)>0,f(x)是单调增函数

因此,当x=

a
(1+
1-k
)
2
f(x)有极小值

x0=

a
(1+
1-k
)
2

f(x0)=ln

x0
a
-k
x0
a
+
a
x0
x0
a
=
1
(1+
1-k
)
2
是与a无关的常数

lnx0,-k

x0
a
a
x0
均与a无关.

∴f(x0)是与a无关的常数.

则f(x)的极小值是一个与a无关的常数.

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