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设函数f(x)=lnx-ax(a∈R)(e=2.718 28…是自然对数的底数).

来源:学生作业帮 编辑:搜狗做题网作业帮 分类:综合作业 时间:2024/06/28 09:18:28
设函数f(x)=lnx-ax(a∈R)(e=2.718 28…是自然对数的底数).
(Ⅰ)判断f(x)的单调性;
(Ⅱ)当f(x)<0在(0,+∞)上恒成立时,求a的取值范围;
(Ⅲ)证明:当x∈(0,+∞)时,
x+1
e
设函数f(x)=lnx-ax(a∈R)(e=2.718 28…是自然对数的底数).
(Ⅰ)∵f(x)=lnx-ax,
∴f′(x)=
1
x-a,
又函数f(x)的定义域为(0,+∞),
当a≤0时,f′(x)>0,此时f(x)在(0,+∞)上是增函数;
当a>0时,x∈(0,
1
a)时,f′(x)>0,此时f(x)在(0,
1
a)上是增函数;
x∈(
1
a,+∞)时,f′(x)<0,此时f(x)在(
1
a,+∞)上是减函数;
综上,当a≤0时,f(x)在(0,+∞)上是增函数;
当a>0时,f(x)在(0,
1
a)上是增函数,f(x)在(
1
a,+∞)上是减函数;
(Ⅱ) 当f(x)<0在(0,+∞)上恒成立,
即a>
lnx
x在(0,+∞)上恒成立,
设g(x)=
lnx
x,则g′(x)=
1−lnx
x2,
当x∈(0,e)时,g′(x)>0,g(x)为增函数;
当x∈(e,+∞)时,g′(x)<0,g(x)为减函数.
故当x=e时,g(x)取得极大值,也为最大值,且为
1
e,
所以a的取值范围是(
1
e,+∞);
(Ⅲ)要证当x∈(0,+∞)时,
x+1
ex(1+x)
1
x<e,
 可设t=1+x,t∈(1,+∞),
 只要证t1+
1
t−1<et,两边取以e为底的对数,
 得
t
t−1lnt<lnet,即lnt<t-1,
 由(Ⅰ)当a=1时的情况得f(x)=lnx-x的最大值为-1,此时x=1,
 所以当t∈(1,+∞)时lnt-t<-1,
 即得lnt<t-1,所以原不等式成立.