问题 解答题
已知函数f(x)=lnx-
a
x
(a∈R)
(1)讨论f(x)在[1,e]上的单调性;
(2)若f(x)<x在[1,+∞)上恒成立,试求a的取值范围.
答案

(Ⅰ)f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=

1
x
+
a
x2
=
a+x
x2

①当a≥-1,因为1≤x≤e,所以x+a≥0,此时f'(x)≥0,所以f(x)在[1,e]上为增函数.

②当a≤-e时,因为1≤x≤e,所以x+a≥0,此时f'(x)≤0,此时f(x)在[1,e]上为减函数.

③当-e<a<-1时,令f'(x)=0得x=-a.于是当1≤x≤-a时,f'(x)≤0,所以函数f(x)在[1,-a]上为减函数.

当-a≤x≤e时,f'(x)≥0,所以函数f(x)在[-a,e]上为增函数.

综上可知,当a≥-1时,f(x)在[1,e]上为增函数.当a≤-e时,f(x)在[1,e]上为减函数.

当-e<a<-1时,f(x)在[1,-a]上为减函数,在[-a,e]上为增函数.

(Ⅱ)由f(x)<x,得lnx-

a
x
<x,因为x≥1,所以a>xln⁡x-x2

令g(x)=xln⁡x-x2,要使a>xln⁡x-x2 在[1,+∞)上恒成立,只需a>gmax⁡(x)即可.

g'(x)=lnx-2x+1=lnx-(2x-1),分别作出函数y=lnx和y=2x-1的图象如图.由图象可知当x≥1时,lnx<2x-1.

此时g'(x)<0,所以g(x)在[1,+∞)单调递减,所以g(x)的最大值为g(1)=-1,所以a>-1,即a的取值范围是(-1,+∞).

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