问题 解答题
已知函数f(x)=lnax-
x-a
x
(a≠0)
(Ⅰ)求此函数的单调区间及最值
(Ⅱ)求证:对于任意正整数n均有1+
1
2
+
1
3
+
…+
1
n
1
2
ln
(2e)2
n!
,其中e为自然对数的底数;
(Ⅲ)当a=1时,是否存在过点(1,-1)的直线与函数y=f(x)的图象相切?若存在,有多少条?若不存在,说明理由.
答案

(Ⅰ)由题意f(x)=

x-a
x2
.      …(1分)

当a>0时,函数f(x)的定义域为(0,+∞),此时函数在(0,a)上是减函数,在(a,+∞)上是增函数,

fmin(x)=f(a)=lna2,无最大值. …(3分)

当a<0时,函数f(x)的定义域为(-∞,0),此时函数在(-∞,a)上是减函数,在(a,0)上是增函数,

fmin(x)=f(a)=lna2,无最大值.…(5分)

(Ⅱ)证明:取a=2,由(Ⅰ)可知:f(x)=ln2x-

x-2
x
≥f(2)=2ln2,

2
x
≥1+ln4-ln2x=ln
2e
x
,∴
1
x
1
2
ln
2e
x
,(x>0)

取x=1,2,3…,n,则1+

1
2
+
1
3
+…+
1
n
1
2
ln
(2e)n
n!
.…(10分)

(Ⅲ)假设存在这样的切线,设其中一个切点T(x0,lnx0-

x0-1
x0
),

∴切线方程:y+1=

x0-1
x02
(x-1),将点T坐标代入得:lnx0-
x0-1
x0
+1=
(x0-1)2
x02

即lnx0+

3
x0
-
2
x02
-1=0,…①

设g(x)=lnx+

3
x
-
1
x2
-1,则g(x)=
(x-1)(x-2)
x3

∵x>0,∴g(x)在区间(0,1),(2.+∞)上是增函数,在区间(1,2)上是减函数,

故g(x)极大值=g(1)=1>0,g(x)极小值=g(2)=ln2+

1
4
>0.

g(

1
3
)=ln
1
3
+9-9-1=-ln3-1<0,(也可以求g(
1
4
)
等等)

注意到g(x)在其定义域上的单调性,知g(x)=0仅在(

1
3
,1)内有且仅有一根

方程①有且仅有一解,故符合条件的切线有且仅有一条.…(15分)

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