问题 解答题
已知函数f(x)=lnx-x
(1)求f(x)的单调区间;
(2)若不等式af(x)≥x-
1
2
x2在x∈(0,+∞)内恒成立,求实数a的取值范围;
(3)n∈N+,求证:
1
ln2
+
1
ln3
+…+
1
ln(n+1)
n
n+1
答案

(1)∵f(x)=lnx-x,

∴f′(x)=

1
x
-1=
1-x
x
,定义域为(0,+∞),

令f′(x)>0,解得0<x<1;

令f′(x)<0,解得x>1;

∴f(x)的单调增区间为(0,1),单调减区间为(1,+∞),

(2)∵af(x)≥x-

1
2
x2在x∈(0,+∞)内恒成立,

1
2
x2+alnx-(a+1)x≥0在x∈(0,+∞)内恒成立,

令g(x)=

1
2
x2+alnx-(a+1)x,

∴g′(x)=x+

a
x
-(a+1)=
(x-a)(x-1)
x

①若a≤0时,当x∈(0,1)时,g′(x)<0,则g(x)在(0,1)上单调递减,

当x∈(1,+∞)时,g′(x)>0,则g(x)在(1,+∞)上单调递增,

∴g(x)min=g(1)=

1
2
-(a+1)≥0,解得a≤-
1
2
,又a≤0,故a≤-
1
2

②若0<a≤1时,g′(x)=0解得x=a或x=1,列表如下

x(0,a)a(a,1)1(1,+∞)
g′(x)+0-0+
g(x)极大值极小值
又g(1)=
1
2
-(a+1)<0,故不满足要求

③若a>1时,g′(x)=0解得x=a或x=1,列表如下

x(0,1)1(1,a)a(a,+∞)
g′(x)+0-0+
g(x)极大值极小值
同理g(1)=
1
2
-(a+1)<0,故也不满足要求

综合上述,要使不等式af(x)≥x-

1
2
x2在x∈(0,+∞)内恒成立,则实数a的取值范围为(-∞,-
1
2
];

( 3)由( 2)知当a=-

1
2
时,g(x)=
1
2
x2-
1
2
lnx-
1
2
x≥0,

即lnx≤x2-x(x=1取等号)

∴当x>1时,

1
lnx
1
x2-x
=
1
(x-1)x
=
1
x-1
-
1
x

令x=2,3,…n,则有

1
ln2
>1-
1
2
1
ln3
1
2
-
1
3
,…,
1
ln(n+1)
1
n
-
1
n+1

相加得

1
ln2
+
1
ln3
+…+
1
ln(n+1)
>1-
1
2
+
1
2
-
1
3
+…+
1
n
-
1
n+1
=1-
1
n+1
=
n
n+1

单项选择题
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