问题 解答题
已知函数f(x)=
1-x
ax
+lnx(a≠0).
(1)求f(x)的单调区间;
(2)当a=1时,求f(x)在[
1
2
,2]上的最大值和最小值;
(3)求证:lnn>
1
2
+
1
3
+
1
4
+…+
1
n
(n∈N﹡,且n≥2).
答案

解(1)f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=-

1
ax2
+
1
x
=
1
x2
(x-
1
a
)

当a<0,则f'(x)>0恒成立,f(x)在(0,+∞)上单调递增

当0<a时,解f'(x)>0,得x>

1
a

解f'(x)>0,得0<x<

1
a

所以当a<0时,f(x)的单调递增区间为(0,+∞),

当0<a时,f(x)的单调递增区间为(0,

1
a
),单调递减区间为(
1
a
,+∞)

(2)当a=1时,f′(x)=

x-1
x2
,由(1)知f(x)在[
1
2
,1)上单调递增

,在(1,2)上单调递减,所以f(x)min=f(1)=0

又f(

1
2
)=1-ln2,f(2)=-
1
2
+ln2,f(
1
2
)>f(2),所以f(x)max=f(
1
2
)=1-ln2,

综上所述,f(x)在[

1
2
,2]上的最大值是1-ln2,最小值是0.

(3)当a=1时,由(1)知f(x)在(1,+∞)上单调递增,

所以x>1时f(x)>f(1)=0,即lnx>1-

1
x

所以n≥2时,ln

n
n-1
>1-
n-1
n
=
1
n

ln

2
1
1
2
ln
3
2
1
3
ln
4
3
1
4
…,ln
n
n-1
1
n

以上各式相加可得ln

2
1
+ln
3
2
+
ln
4
3
+
+ln
n
n-1
1
2
+
1
3
+
1
4
+…+
1
n

ln(

2
1
×
3
2
×
4
3
×…
n
n-1
)>
1
2
+
1
3
+
1
4
+…+
1
n

即lnn>

1
2
+
1
3
+
1
4
+…+
1
n
(n∈N﹡,且n≥2).

所以原不等式成立.

多项选择题
问答题 简答题