问题 解答题
已知函数f(x)=lnx+
k
x
,k∈R
(1)若k=1,求函数f(x)的单调区间;
(2)若f(x)≥2+
1-e
x
恒成立,求实数k的取值范围;
(3)设g(x)=xf(x)-k,若对任意两个实数x1,x2满足0<x1<x2,总存在g′(x0)=
g(x1)-g(x2)
x1-x2
成立,证明x0>x1
答案

(1)当k=1时,函数f(x)=lnx+

1
x
,则f′(x)=
1
x
-
1
x2
=
x-1
x2

当f′(x)<0时,0<x<1,当f′(x)>0时,x>1,

则函数f(x)的单调递减区间为(0,1),单调递增区间为(1,+∞);

(2)f(x)≥2+

1-e
x
恒成立,即lnx+
k
x
≥2+
1-e
x
恒成立,整理得k≥2x-xlnx+1-e恒成立,

设h(x)=2x-xlnx+1-e,则h′(x)=1-lnx,令h′(x)=0,得x=e,

当x∈(0,e)时,h′(x)>0,函数h(x)单调递增,当x∈(e,+∞)时,h′(x)<0,函数h(x)单调递减,

因此当x=e时,h(x)取得最大值1,因而k≥1;

(3)g(x)=xf(x)-k=xlnx,g′(x)=lnx+1,

因为对任意的x1,x2(0<x1<x2),总存在x0>0,使得g′(x0)=

g(x1)-g(x2)
x1-x2
成立,

所以lnx0+1=

g(x1)-g(x2)
x1-x2
,即lnx0+1=
x1lnx1-x2lnx2
x1-x2

即lnx0-lnx1=

x1lnx1-x2lnx2
x1-x2
-1-lnx1=
x2lnx1-x2lnx2+x2-x1
x1-x2
=
ln
x1
x2
+1-
x1
x2
x1
x2
-1

设φ(t)=lnt+1-t,其中0<t<1,则φ′(t)=

1
t
-1>0,

因而φ(t)在区间(0,1)上单调递增,φ(t)<φ(1)=0,

x1
x2
-1<0,所以lnx0-lnx1>0,即x0>x1

选择题
单项选择题