问题 解答题
已知函数f(x)=ax+
b
x
+c(a>0)的图象在点(1,f(1))处的切线方程为y=x-1.
(1)试用a表示出b,c;
(2)若f(x)≥lnx在[1,+∞)上恒成立,求a的取值范围;
(3)证明:1+
1
2
+
1
3
+…+
1
n
>ln(n+1)+
n
2(n+1)
(n≥1).
答案

(1)∵f(x)=ax+

b
x
+c(a>0),

f′(x)=a-

b
x2
⇒f′(1)=a-b=1⇒b=a-1

∴f(1)=a+a-1+c=2a-1+c.

又∵点(1,f(1))在切线y=x-1上,

∴2a-1+c=0⇒c=1-2a,

b=a-1
c=1-2a

(2)∵f(x)=ax+

a-1
x
+1-2a(a>0),

f(x)≥lnx在[1,+∞]上恒成立,

设g(x)=f(x)-lnx,则g(x)=f(x)-lnx≥0在[1,+∞]上恒成立,

∴g(x)min≥0,

又∵g′(x)=a-

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

而当

1-a
a
=1时,a=
1
2

1°当

1-a
a
≤1即a≥
1
2
时,

g'(x)≥0在[1,+∞]上恒成立,

g(x)min=g(1)=2a-1≥0⇒a≥

1
2

2°当

1-a
a
>1即0<a<
1
2
时,

g'(x)=0时x=

1-a
a

1≤x<

1-a
a
时,g'(x)<0,

x>

1-a
a
时,g'(x)>0;

g(x)min=g(

1-a
a
)≥0①,

又∵g(

1-a
a
)≤g(1)=2a-1<0与①矛盾,不符题意,故舍.

∴综上所述,a的取值范围为:[

1
2
,+∞).

(3)证明:由(1)可知a≥

1
2
时,f(x)≥lnx在[1,+∞]上恒成立,

则当a=

1
2
时,
1
2
(x-
1
x
)≥lnx
在[1,+∞]上恒成立,

令x依次取

2
1
3
2
4
3
5
4
6
5
n+1
n
时,

则有

1
2
×(
2
1
-
1
2
)≥ln
2
1
1
2
×(
3
2
-
2
3
)≥ln
3
2

1
2
×(
n+1
n
-
n
n+1
)≥ln
n+1
n

由同向不等式可加性可得

1
2
[(
2
1
+
3
2
+
4
3
+…+
n+1
n
)-(
1
2
+
2
3
+
3
4
+…+
n
n+1
)]≥ln(n+1),

1
2
[(1+
1
2
+
1
3
+…+
1
n
+n)-(n-
1
2
-
1
3
-
1
4
-…-
1
n+1
)]≥ln(n+1),

也即

1
2
[2(1+
1
2
+
1
3
+…+
1
n
)+
1
n+1
-1]≥ln(n+1),

也即1+

1
2
+
1
3
+…+
1
n
>ln(n+1)+
n
2(n+1)
(n≥1).

解法二:①当n=1时左边=1,右边=ln2+

1
4
<1,不等式成立;

②假设n=k时,不等式成立,就是1+

1
2
+
1
3
+…+
1
k
>ln(k+1)+
k
2(k+1)
(k≥1).

那么1+

1
2
+
1
3
+…+
1
k
+
1
k+1
>ln(k+1)+
k
2(k+1)
+
1
k+1

=ln(k+1)+

k+2
2(k+1)

由(2)知:当a≥

1
2
时,有f(x)≥lnx  (x≥1)

a=

1
2
有f(x)=
1
2
(x-
1
x
)≥lnx
  (x≥1)

令x=

k+2
k+1
1
2
(
k+2
k+1
-
k+1
k+2
)≥ln
k+2
k+1
=ln(k+2)-ln(k+1)

ln(k+1)+

k+2
2(k+1)
≥ ln(k+2)+
k+1
2(k+2)

∴1+

1
2
+
1
3
+…+
1
k
+
1
k+1
ln(k+2)+
k+1
2(k+2)

这就是说,当n=k+1时,不等式也成立.

根据(1)和(2),可知不等式对任何n∈N*都成立.

解答题
单项选择题 B1型题