已知函数f(x)=lnx-ax(a∈R). (1)求f(x)的单调区间; (2)若a=1,且b≠0,函数g(x)=1/3bx3−bx,若对任意的x1∈(1,2),总存在x2∈(1,2),使f(x1)=g(x2),求实数b的取值范围.

问题描述:

已知函数f(x)=lnx-ax(a∈R).
(1)求f(x)的单调区间;
(2)若a=1,且b≠0,函数g(x)=

1
3
bx3−bx,若对任意的x1∈(1,2),总存在x2∈(1,2),使f(x1)=g(x2),求实数b的取值范围.

(1)f(x)=lnx-ax,
∴x>0,即函数f(x)的定义域为(0,+∞)
∴当a≤0时,f(x)在(0,+∞)上是增函数
当a>0时,∵f'(x)=

1
x
−a=
1−ax
x

f′(x)>0,则1−ax>0,ax<1,x<
1
a
f′(x)<0,则1−ax<0,ax>1,x>
1
a

即当a>0时f(x)在(0,
1
a
)
上是增函数,在(
1
a
,+∞)
上是减函数.
(2)设f(x)的值域为A,g(x)的值域为B,
则由已知,对于任意的x1∈(1,2),总存在x2∈(1,2),
使f(x1)=g(x2),得A⊆B
由(1)知a=1时,f(x)在(1,+∞)上是减函数,
∴f(x)在x∈(1,2)上单调递减,
∴f(x)的值域为A=(ln2-2,-1)
∵g'(x)=bx2-b=b(x-1)(x+1)
∴(i)当b<0时,g(x)在(1,2)上是减函数,
此时,g(x)的值域为B=(
2
3
b,−
2
3
b)

为满足A⊆B,又−
2
3
b≥0>−1

2
3
b≤ln2−2.
b≤
3
2
ln2−3.

(ii)当b>0时,g(x)在(1,2)上是单调递增函数,
此时,g(x)的值域为B=(−
2
3
b,
2
3
b)

为满足A⊆B,又
2
3
b≥0>−1.

2
3
b≤ln2−2

b≥−
3
2
(ln2−2)=3−
3
2
ln2

综上可知b的取值范围是(−∞,
3
2
ln2−3]∪[3−
3
2
ln2,+∞)