问题 解答题
已知函数f(x)=lnx+
1-x
ax
,其中a为大于零的常数.
(Ⅰ)若a=1,求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)求函数f(x)在区间[1,2]上的最小值;
(Ⅲ)求证:对于任意的n∈N*,n>1时,都有lnn>
1
2
+
1
3
+…+
1
n
成立.
答案

f′(x)=

ax-1
ax2
(x>0). (2分)

(Ⅰ)当a=1时,f′(x)=

x-1
x2
(x>0).

当x>1时,f′(x)>0;当0<x<1时,f′(x)<0.

∴f(x)的增区间为(1,+∞),减区间为(0,1).(4分)

(Ⅱ)当a≥1时,f′(x)>0在(1,2)上恒成立,

这时f(x)在[1,2]上为增函数∴f(x)min=f(1)=0.

0<a≤

1
2
,∵f′(x)<0在(1,2)上恒成立,

这时f(x)在[1,2]上为减函数∴f(x)min=f(2)=ln2-

1
2a

1
2
<a<1时,令f′(x)=0,得x=
1
a
∈(1,2)

又∵对于x∈[1,

1
a
)有f′(x)<0,

对于x∈(

1
a
,2]有f′(x)>0,

f(x)min=f(

1
a
)=ln
1
a
+1-
1
a
,(6分)

综上,f(x)在[1,2]上的最小值为

①当0<a≤

1
2
时,f(x)mim=ln2-
1
2a

②当

1
2
<a<1时,f(x)min=ln
1
a
+1-
1
a
.

③当a≥1时,f(x)min=0;(8分)

(Ⅲ)由(Ⅰ)知函数f(x)=

1
x
-1+lnx在[1,+∞)上为增函数,

当n>1时,∵

n
n-1
>1,∴f(
n
n-1
)>f(1)

lnn-ln(n-1)>

1
n
,对于n∈N*且n>1恒成立.(10分)

lnn=[lnn-ln(n-1)]+[ln(n-1)-ln(n-2)]++[ln3-ln2]+[ln2-ln1]

1
n
+
1
n-1
++
1
3
+
1
2

∴对于n∈N*,且n>1时,lnn>

1
2
+
1
3
++
1
n
恒成立.(12分)

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