问题 解答题
已知函数f(x)=(a-1)lnx+ax2
(1)讨论函数y=f(x)的单调性;
(2)求证:
1
ln2
+
1
ln3
+
1
ln4
+…+
1
lnn
n-1
2(n+1)
(n≥2,n∈N+);
(3)当a=0时,求证:f(x)≤
2
ex
-
1
ex
答案

(1)f(x)=(a-1)lnx+ax2,定义域为(0,+∞).

f′(x)=

a-1
x
+2ax=
2ax2+a-1
x

当a≥1时,f'(x)>0,故f(x)在(0,+∞)单调递增;

当a≤0时,f'(x)<0,故f(x)在(0,+∞)单调递减;

当0<a<1时,令f'(x)=0,解得x=

1-a
2a

则当x∈(0,

1-a
2a
)时,f'(x)<0;x∈(
1-a
2a
,+∞)
时,f'(x)>0.

故f(x)在(0,

1-a
2a
)单调递减,在(
1-a
2a
,+∞)
单调递增.

(2)当a=

1
2
时,f(x)=-
1
2
lnx+
1
2
x2

由(1)知,x>

1-a
2a
=
2
2
时,y=f(x)递增,

所以x>1时,f(x)=-

1
2
lnx+
1
2
x2>f(1)=
1
2
⇒lnx<x2-1<x2

∵x>1,

∴x2>lnx>0,

1
lnx
1
x2
令x=k,则
1
lnk
1
k2
1
k(k+1)
=
1
k
-
1
k+1
(k≥2)

1
ln2
+
1
ln3
+
1
ln4
+…+
1
lnn
>(
1
2
-
1
3
)+(
1
3
-
1
4
)+…+(
1
n
-
1
n+1
)
=
1
2
-
1
n+1
=
n-1
2(n+1)
(n≥2,n∈N+)

(3)就是要证lnx≥

1
ex
-
2
ex
,即需证xlnx≥
x
ex
-
2
e

令g(x)=xlnx,则由g'(x)=lnx+1=0,得x=

1
e

x>

1
e
时g(x)递增,当0<x<
1
e
时g(x)递减,

所以g(x)的最小值为g(

1
e
)=-
1
e

ϕ(x)=

x
ex
-
2
e

Φ (x)=

1-x
ex
=0时,x=1.

当x>1时g(x)递减;当0<x<1时g(x)递增.

所以ϕ(x)的最大值为ϕ(1)=-

1
e

因为g(x)的最小值不小于ϕ(x)的最大值,

xlnx≥

x
ex
-
2
e
,所以xlnx≥
x
ex
-
2
e

单项选择题
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