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已知函数 f(x)=ln⁡(ax)x−ax+1, 其中 a>0.

  1. 若 f(x) 在 x=1 处取得极值, 求 f(x) 的单调区间;
  2. 若对于任意 x>0, 都有 f(x)≤0, 求 a 的值.
解

  1. 注意到 f′(x)=1−ln⁡(ax)x2−a,f′(1)=1−ln⁡a−a=0. 结合 ln⁡a≤a−1 可知,只有 a=1, 因此 f′(x)=1−x2−ln⁡xx2. 容易看出, x>1 时 f′(x)<0; 0<x<1 时 f′(x)>0, 因此 f(x) 在 (0,1) 上增,在 (1,∞) 上减.

  2. 注意到 f(x)=aln⁡(ax)ax−ax+1, 因此原恒成立问题等价于 ∀t>0:g(t)=tf(t/a)=aln⁡t−t2+t≤0.

    • 当 a=1, g(t)≤t−1−t2+t=−(t−1)2≤0.
    • 当 a>1, g′(t)=−2t2+t+at, 容易验证 g(t) 在 (1,A(a)) 上单增 (其中 A(a)=1+1+8a4>1), 进而 g(A(a))>g(1)=0, 矛盾;
    • 当 0<a<1, 则 0<A(a)<1, g(t) 在 (A(a),1) 上单减, 进而 g(A(a))>g(1)=0, 矛盾.

    综上, a=1.