问题 解答题
已知函数g(x)=
x
lnx
,f(x)=g(x)-ax.
(1)求函数g(x)的单调区间;
(2)若函数f(x)在(1,+∞)上是减函数,求实数a的最小值;
(3)若存在x1,x2∈[e,e2],使f(x1)≤f(x2)+a,求实数a的取值范围.
答案

(1)由

x>0
lnx≠0
得,x>0且x≠1,

则函数g(x)的定义域为(0,1)∪(1,+∞),

且g′(x)=

lnx-1
(lnx)2
,令g′(x)=0,即lnx-1=0,解得x=e,

当0<x<e且x≠1时,g′(x)<0;当x>e时,g′(x)>0,

∴函数g(x)的减区间是(0,1),(1,e),增区间是(e,+∞),

(2)由题意得函数f(x)=

x
lnx
-ax在(1,+∞)上是减函数,

∴f′(x)=

lnx-1
(lnx)2
-a≤0在(1,+∞)上恒成立,

即当x∈(1,+∞)时,f(x)max≤0即可,

又∵f′(x)=

lnx-1
(lnx)2
-a=-(
1
lnx
)2+
1
lnx
-a
=-(
1
lnx
-
1
2
)
2
+
1
4
-a

∴当

1
lnx
=
1
2
时,即x=e2时,f(x)max=
1
4
-a

1
4
-a≤0,得a≥
1
4
,故a的最小值为
1
4

(3)命题“若存在x1,x2∈[e,e2],使f(x1)≤f(x2)+a成立”等价于

“当x∈[e,e2]时,有f(x)min≤f′(x)max+a”,

由(2)得,当x∈[e,e2]时,f(x)max=

1
4
-a,则f(x)max+a=
1
4

故问题等价于:“当x∈[e,e2]时,有f(x)min

1
4
”,

a≥

1
4
时,由(2)得,f(x)在[e,e2]上为减函数,

f(x)min=f(e2)=

e2
2
-ae2
1
4
,故a≥
1
2
-
1
4e2

a<

1
4
时,由于f′(x)=-(
1
lnx
-
1
2
)
2
+
1
4
-a
在[e,e2]上为增函数,

故f′(x)的值域为[f′(e),f′(e2)],即[-a,

1
4
-a].

(i)若-a≥0,即a≤0,f′(x)≥0在[e,e2]恒成立,故f(x)在[e,e2]上为增函数,

于是,f(x)min=f(e)=e-ae≥e>

1
4
,不合题意.

(ii)若-a<0,即0<a<

1
4
,由f′(x)的单调性和值域知,

存在唯一x0∈(e,e2),使f′(x0)=0,且满足:

当x∈(e,x0)时,f′(x)<0,f(x)为减函数;当x∈(x0,e2)时,f′(x)<0,f(x)为增函数;

所以,f(x)min=f(x0)=

x0
lnx0
-ax0
1
4
,x∈(e,e2),

所以,a≥

1
lnx0
-
1
4x0
1
lne2
-
1
4e
1
2
-
1
4
=
1
4
,与0<a<
1
4
矛盾,不合题意.

综上,得a≥

1
2
-
1
4e2

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