问题 解答题
若函数f(x)=
1-x
ax
+nx
在[1,+∞)上为增函数.
(Ⅰ)求正实数a的取值范围.
(Ⅱ)若a=1,求征:
1
2
+
1
3
+…+
1
n
nn<n+
1
2
+
1
3
+
1
4
+…+
1
n-1
( n∈N*且n≥2 )
答案

(Ⅰ)由已知:f'(x)=

ax-1
ax2
(a>0)

依题意得:

ax-1
ax2
≥0对x∈[1,+∞)恒成立

∴ax-1≥0对x∈[1,+∞)恒成立

∴a-1≥0即:a≥1

(Ⅱ)∵a=1

∴f(x)=

1-x
x
+lnx,

∵f(x)在[1,+∞)上为增函数,

∴n≥2时:f(

n
n-1
)=
1-
n
n-1
n
n-1
+ln
n
n-1
=ln
n
n-1
-
1
n
>f(1)=0

即:

1
n
<ln
n
n-1

1
2
+
1
3
+
1
4
+…+
1
n
<ln
2
1
+ln
3
2
+…+ln
n
n-1
=lnn

设g(x)=lnx-x  x∈[1,+∞),

g′(x)=

1
x
-1≤0对x∈[1,+∞)恒成立,

∴g(x)在[1+∞)为减函数,∵

n
n-1
>1

∴n≥2时:g(

n
n-1
)=ln
n
n-1
-
n
n-1
<g(1)=-1<0

即:ln

n
n-1
n
n-1
=1+
1
n-1
(n≥2)

∴lnn=ln

2
1
+ln
3
2
+ln
4
3
+…+ln
n
n-1
<(1+
1
n-1
)+(1+
1
n-2
)+…+(1+
1
1
)=n+
1
2
+
1
3
+…+
1
n-1

综上所证:

1
2
+
1
3
+…+
1
n
<lnn<n+
1
2
+
1
3
+…+
1
n-1
(n∈N*且≥2)成立.

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