问题 解答题
(理)已知f(x)=ax+
b
x
+2-2a(a>0)的图象在点(1,f(1))处的切线与直线y=2x+1平行.
(I)求a,b满足的关系式;
(II)若f(x)≥2lnx在[1,+∞)上恒成立,求a的取值范围;
(III)证明:1+
1
3
+
1
5
+
…+
1
2n-1
1
2
(2n+1)+
n
2n+1
(n∈N+
答案

(Ⅰ)求导函数,可得f′(x)=a-

b
x2
,根据题意f′(1)=a-b=2,即b=a-2    …3分

(Ⅱ)由(Ⅰ)知,f(x)=ax+

a-2
x
+2-2a,

令g(x)=f(x)-2lnx=ax+

a-2
x
+2-2a-2lnx,x∈[1,+∞)

则g(1)=0,g′(x)=

a(x-1)(x-
2-a
a
)
x2

①当0<a<1时,

2-a
a
>1,

若1<x<

2-a
a
,则g′(x)<0,g(x)在[1,+∞)减函数,所以g(x)<g(1)=0,即f(x)≥2lnx在[1,+∞)上恒不成立.

②a≥1时,

2-a
a
≤1,当x>1时,g′(x)>0,g(x)在[1,+∞)增函数,又g(1)=0,所以f(x)≥2lnx.

综上所述,所求a的取值范围是[1,+∞)     …8分

(Ⅲ)证明:由(Ⅱ)知当a≥1时,f(x)≥2lnx在1,+∞)上恒成立.

取a=1得x-

1
x
≥2lnx,令x=
2n+1
2n-1
1得
2n+1
2n-1
-
2n-1
2n+1
>2ln
2n+1
2n-1

2
2n-1
-
2
2n+1
>2ln
2n+1
2n-1

所以

1
2n-1
1
2
ln
2n+1
2n-1
+
1
2
(
1
2n-1
-
1
2n+1
)

上式中n=1,2,3,…,n,然后n个不等式相加得到1+

1
3
+
1
5
+…+
1
2n-1
1
2
ln(2n+1)+
n
2n+1
(n∈N+)…13分.

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