问题 解答题
已知函数f(x)=lnx-a(x-1),(a>0)
(1)求函数f(x)的单调区间和极值;
(2)若函数f(x)在(1,+∞)是单调减函数,求实数a的取值范围;
(3)在(2)的条件下,当n∈N+时,证明:(1+
1
2
)(1+
1
22
+)(1+
1
23
)…(1+
1
2n
)<e.其中(e≈2.718…即自然对数的底数)
答案

(1)f(x)定义域为(0,+∞)…(1分)

求导数,得f′ (x)=

1
x
-a=
1-ax
x
…(2分)

f’ (x)=0,x1=0,x2=

1
a

0<x<

1
a
时,f′(x)>0;当x>
1
a
时,f′(x)<0…(3分)

∴f(x)的单调增区间为(0,

1
a
),f(x)的单调减区间为(
1
a
,+∞)
,…(4分)

因此,f(x)的极大值为f(

1
a
)=-lna-1+a,无极小值…(5分)

(2)∵函数f(x)在(1,+∞)是单调减函数,

f′ (x)=

1
x
-a≤0在区间(1,+∞)上恒成立.(7分)

∵x>1,可得0<

1
x
<1

∴a≥1,即实数a的取值范围为[1,+∞)…(9分)

(3)由(2)得当a=1时,f(x)在(1,+∞)上单调递减,

∴f(x)=lnx-(x-1)<f(1)=0
,可得
lnx<x-1,(x>1)
…(10分)

令x=1+

1
2n
,可得ln(1+
1
2n
)<
1
2n
…(11分)

分别取n=1,2,3,…,n得

ln(1+

1
2
)+ln(1+
1
22
)+ln(1+
1
23
)+…+ln(1+
1
2n
)<
1
2
+
1
22
+
1
23
+…+
1
2n
=1-
1
2n
<1…(13分)

即ln[(1+

1
2
)(1+
1
22
)(1+
1
23
)…(1+
1
2n
)]<lne

可得(1+

1
2
)(1+
1
22
+)(1+
1
23
)…(1+
1
2n
)<e,对任意的n∈N*成立.

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