问题 解答题
已知函数f(x)=
2-x
x-1
+aln(x-1)
(a∈R).
(1)若函数f(x)在区间[2,+∞)上是单调递增函数,试求实数a的取值范围;
(2)当a=2时,求证:1-
1
x-1
<2ln(x-1)<2x-4
(x>2);
(3)求证:
1
4
+
1
6
+…+
1
2n
<lnn<1+
1
2
+…+
1
n-1
(n∈N*且n≥2).
答案

(1)因为f (x)=

a(x-1)-1
(x-1)2
,若函数f(x)在区间[2,+∞)上是单调递增函数,则f′(x)≥0恒成立,即a≥
1
x-1
恒成立,所以a≥(
1
x-1
)max

又x∈[2,+∞),则0<

1
x-1
≤1,所以a≥1.

(2)当a=2时,由(Ⅰ)知函数f(x)=

2-x
x-1
+2ln(x-1)在[2,+∞)上是增函数,

所以当x>2时,f(x)>f(2),即

2-x
x-1
+2ln(x-1)>0,则2ln(x-1)>
x-2
x-1
=1-
1
x-1

令g(x)=2x-4-2ln(x-1),则有g(x)=2-

2
x-1
=
2(x-2)
x-1

当x∈(2,+∞)时,有g′(x)>0,

因此g(x)=2x-4-2ln(x-1)在(2,+∞)上是增函数,所以有g(x)>g(2)=0,

即可得到2x-4>2ln(x-1).

综上有1-

1
x-1
<2ln(x-1)<2x-4(x>2).

(3)在(2)的结论中令x-1=

t+1
t
,则
1
t+1
<2ln
t+1
t
<2•
1
t

取t=1,2,…,n-1,(n∈N*,n≥2)时,得到(n-1)个不等式,将所得各不等式相加得,

1
2
+
1
3
+…+
1
n
<2(ln
2
1
+ln
3
2
+…+ln
n
n-1
)<2(1+
1
2
+…+
1
n-1
),

所以

1
2
+
1
3
+…+
1
n
<2lnn<2(1+
1
2
+…+
1
n-1
),

1
4
+
1
6
+…+
1
2n
<lnn<1+
1
2
+…+
1
n-1
(n∈N*且n≥2)

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