已知函数g(x)= x lnx ,f(x)=g(x)-ax.

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x 1 ,x 2 ∈[e,e 2 ],使f(x 1 )≤f (x 2 )+a,求实数a的取值范围.
qazxsw000 1年前 已收到1个回答 举报

little_rain1 幼苗

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(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=e 2 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x 1 ,x 2 ∈[e,e 2 ],使f(x 1 )≤f (x 2 )+a成立”等价于
“当x∈[e,e 2 ]时,有f(x) min ≤f′(x) max +a”,
由(2)得,当x∈[e,e 2 ]时, f ′ (x) max =
1
4 -a ,则 f ′ (x) max +a=
1
4 ,
故问题等价于:“当x∈[e,e 2 ]时,有 f (x) min ≤
1
4 ”,
当 a≥
1
4 时,由(2)得,f(x)在[e,e 2 ]上为减函数,
则 f (x) min =f (e 2 )=
e 2
2 -a e 2 ≤
1
4 ,故 a≥
1
2 -
1
4 e 2 ,
当 a<
1
4 时,由于f′(x)= - (
1
lnx -
1
2 ) 2 +
1
4 -a 在[e,e 2 ]上为增函数,
故f′(x)的值域为[f′(e),f′(e 2 )],即[-a,
1
4 -a ].
(i)若-a≥0,即a≤0,f′(x)≥0在[e,e 2 ]恒成立,故f(x)在[e,e 2 ]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x 0 ∈(e,e 2 ),使f′(x 0 )=0,且满足:
当x∈(e,x 0 )时,f′(x)<0,f(x)为减函数;当x∈(x 0 ,e 2 )时,f′(x)<0,f(x)为增函数;
所以,f(x) min =f(x 0 )=
x 0
ln x 0 -a x 0 ≤
1
4 ,x∈(e,e 2 ),
所以,a≥
1
ln x 0 -
1
4 x 0 >
1
ln e 2 -
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
4 e 2 .

1年前

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