问题 解答题
已知函数f(x)=
1
x
+alnx(a≠0,a∈R)

(Ⅰ)若a=1,求函数f(x)的极值和单调区间;
(II)若在区间[1,e]上至少存在一点x0,使得f(x0)<0成立,求实数a的取值范围.
答案

(I)因为f′(x)=-

1
x2
+
a
x
=
ax-1
x2
,(2分)

当a=1,f′(x)=

x-1
x2

令f'(x)=0,得x=1,(3分)

又f(x)的定义域为(0,+∞),f'(x),f(x)随x的变化情况如下表:

x(0,1)1(1,+∞)
f'(x)-0+
f(x)极小值
所以x=1时,f(x)的极小值为1.(5分)

f(x)的单调递增区间为(1,+∞),单调递减区间为(0,1);(6分)

(II)因为f′(x)=-

1
x2
+
a
x
=
ax-1
x2
,且a≠0,

令f'(x)=0,得到x=

1
a

若在区间[1,e]上存在一点x0,使得f(x0)<0成立,

其充要条件是f(x)在区间[1,e]上的最小值小于0即可.(7分)

(1)当x=

1
a
<0,

即a<0时,f'(x)<0对x∈(0,+∞)成立,

所以,f(x)在区间[1,e]上单调递减,

故f(x)在区间[1,e]上的最小值为f(e)=

1
e
+alne=
1
e
+a,

1
e
+a<0,得a<-
1
e
,即a∈(-∞,-
1
e
)
(9分)

(2)当x=

1
a
>0,即a>0时,

①若e≤

1
a
,则f'(x)≤0对x∈[1,e]成立,

所以f(x)在区间[1,e]上单调递减,

所以,f(x)在区间[1,e]上的最小值为f(e)=

1
e
+alne=
1
e
+a>0,

显然,f(x)在区间[1,e]上的最小值小于0不成立(11分)

②若1<

1
a
<e,即a>
1
e
时,则有

x(1,
1
a
)
1
a
(
1
a
,e)
f'(x)-0+
f(x)极小值
所以f(x)在区间[1,e]上的最小值为f(
1
a
)=a+aln
1
a

f(

1
a
)=a+aln
1
a
=a(1-lna)<0,

得1-lna<0,解得a>e,即a∈(e,+∞).(13分)

综上,由(1)(2)可知:a∈(-∞,-

1
e
)∪(e,+∞)符合题意.(14分)

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