问题 解答题
f(x)=lg
1+2x+…+(n-1)x+nxa
n
,其中a是实数,n是任意自然数且n≥2.
(Ⅰ)如果f(x)当x∈(-∞,1]时有意义,求a的取值范围;
(Ⅱ)如果a∈(0,1],证明2f(x)<f(2x)当x≠0时成立.
答案

(Ⅰ)f(x)当x∈(-∞,1]时有意义的条件是1+2x+…+(n-1)x+nxa>0,x∈(-∞,1],n≥2,

a>-[(

1
n
)x+(
2
n
)
x
+…(
n-1
n
)
x
],x∈(-∞,1],

-(

k
n
)x(k=1,2,…,n-1)在(-∞,1]上都是增函数,

-[(

1
n
)x+(
2
n
)
x
+…(
n-1
n
)
x
]在(-∞,1]上也是增函数,

从而它在x=1时取得最大值-(

1
n
+
2
n
+…
n-1
n
)=-
1
2
n(n-1)
n
=-
1
2
(n-1).

所以a>-[(

1
n
)x+(
2
n
)
x
+…(
n-1
n
)
x
],x∈(-∞,1],

-(

k
n
)x(k=1,2,…,n-1)在(-∞,1]等价于a>-
1
2
(n-1)

故a的取值范围是{a|a>-

1
2
(n-1)}.

(Ⅱ)证明:只需证明n≥2时,[1+2x+…+(n-1)x+nxa]2

<n[1+22x+…+(n-1)2x+n2xa],a∈(0,1],x≠0.

∵(a1+a2+…+an22=(a12+a22+…an2)+2(a1a2+a2a3+…+an-1an

≤(a12+a22+…an2)+[(a12+a22)+…+(a12+an2)]+[(a22+a32

+…+(a22+an2)]+…+[(an-22+an-12)+(an-22+an2)]+(an-12+an2

=n(a12+a22+…+an2).

于是(a1+a2+…+an2≤n(a12+a22+…+an2)当a1=a2=…=an时成立.

利用上面结果知,当a=1,x≠0时,因1≠2x

所以有[1+2x+…+(n-1)x+nxa]2<n[1+22x+…+(n-1)2x+n2xa],a∈(0,1],

当0<a<1,x≠0时,因a2<a,

所以有[1+2x+…+(n-1)x+nxa]2<n[1+22x+…+(n-1)2x+n2xa],

即有2f(x)<f(2x)a∈(0,1],x≠0.

单项选择题
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