已知函数f(x)=x-alnx,g(x)=-
(Ⅰ)若a=1,求函数f(x)的极值; (Ⅱ)设函数h(x)=f(x)-g(x),求函数h(x)的单调区间; (Ⅲ)若在[1,e](e=2.718…)上存在一点x0,使得f(x0)<g(x0)成立,求a的取值范围. |
(Ⅰ)f(x)的定义域为(0,+∞),(1分)
当a=1时,f(x)=x-lnx,f′(x)=1-
=1 x
,(2分)x-1 x
x | (0,1) | 1 | (1,+∞) |
f'(x) | - | 0 | + |
f(x) | 极小 |
所以f(x)在x=1处取得极小值1.(4分)
(Ⅱ)h(x)=x+
-alnx,1+a x
h′(x)=1-
-1+a x2
=a x
=x2-ax-(1+a) x2
(6分)(x+1)[x-(1+a)] x2
①当a+1>0时,即a>-1时,在(0,1+a)上h'(x)<0,在(1+a,+∞)上h'(x)>0,
所以h(x)在(0,1+a)上单调递减,在(1+a,+∞)上单调递增;(7分)
②当1+a≤0,即a≤-1时,在(0,+∞)上h'(x)>0,
所以,函数h(x)在(0,+∞)上单调递增.(8分)
( III)在[1,e]上存在一点x0,使得f(x0)<g(x0)成立,即
在[1,e]上存在一点x0,使得h(x0)<0,
即函数h(x)=x+
-alnx在[1,e]上的最小值小于零.(9分)1+a x
由(Ⅱ)可知
①即1+a≥e,即a≥e-1时,h(x)在[1,e]上单调递减,
所以h(x)的最小值为h(e),
由h(e)=e+
-a<0可得a>1+a e
,e2+1 e-1
因为
>e-1,e2+1 e-1
所以a>
;(10分)e2+1 e-1
②当1+a≤1,即a≤0时,h(x)在[1,e]上单调递增,
所以h(x)最小值为h(1),由h(1)=1+1+a<0可得a<-2;(11分)
③当1<1+a<e,即0<a<e-1时,可得h(x)最小值为h(1+a),
因为0<ln(1+a)<1,
所以,0<aln(1+a)<a
故h(1+a)=2+a-aln(1+a)>2
此时,h(1+a)<0不成立.(12分)
综上讨论可得所求a的范围是:a>
或a<-2.(13分)e2+1 e-1