已知函数f(x)=
(Ⅰ)当n=2时,求函数f(x)的极值; (Ⅱ)当a=1时,证明:对任意的正整数n,当x≥2时,有f(x)≤x-1. |
(Ⅰ)由已知得函数f(x)的定义域为{x|x>1},
当n=2时,f(x)=
+aln(x-1),所以f′(x)=1 (1-x)2
.2-a(1-x)2 (1-x)3
(1)当a>0时,由f'(x)=0得x1=1+
>1,x2=1-2 a
<1,2 a
此时f′(x)=
.-a(x-x1)(x-x2) (1-x)3
当x∈(1,x1)时,f'(x)<0,f(x)单调递减;
当x∈(x1,+∞)时,f'(x)>0,f(x)单调递增.
(2)当a≤0时,f'(x)<0恒成立,所以f(x)无极值.
综上所述,n=2时,
当a>0时,f(x)在x=1+
处取得极小值,极小值为f(1+2 a
)=2 a
(1+lna 2
).2 a
当a≤0时,f(x)无极值.
(Ⅱ)证法一:因为a=1,所以f(x)=
+ln(x-1).1 (1-x)n
当n为偶数时,
令g(x)=x-1-
-ln(x-1),1 (1-x)n
则g′(x)=1+
-n (x-1)n+1
=1 x-1
+x-2 x-1
>0(x≥2).n (x-1)n+1
所以当x∈[2,+∞)时,g(x)单调递增,
又g(2)=0,
因此g(x)=x-1-
-ln(x-1)≥g(2)=0恒成立,1 (x-1)n
所以f(x)≤x-1成立.
要证f(x)≤x-1,由于
<0,所以只需证ln(x-1)≤x-1,1 (1-x)n
令h(x)=x-1-ln(x-1),
则h′(x)=1-
=1 x-1
≥0(x≥2),x-2 x-1
所以当x∈[2,+∞)时,h(x)=x-1-ln(x-1)单调递增,又h(2)=1>0,
所以当x≥2时,恒有h(x)>0,即ln(x-1)<x-1命题成立.
综上所述,结论成立.
证法二:当a=1时,f(x)=
+ln(x-1).1 (1-x)n
当x≥2时,对任意的正整数n,恒有
≤1,1 (1-x)n
故只需证明1+ln(x-1)≤x-1.
令h(x)=x-1-(1+ln(x-1))=x-2-ln(x-1),x∈[2,+∞),
则h′(x)=1-
=1 x-1
,x-2 x-1
当x≥2时,h'(x)≥0,故h(x)在[2,+∞)上单调递增,
因此当x≥2时,h(x)≥h(2)=0,即1+ln(x-1)≤x-1成立.
故当x≥2时,有
+ln(x-1)≤x-1.1 (1-x)n
即f(x)≤x-1.