问题 解答题
已知函数f(x)=
lnx
x
-x

(Ⅰ)求函数f(x)的最大值;
(Ⅱ)设m>0,求f(x)在[m,2m]上的最大值;
(III)试证明:对∀n∈N*,不等式ln
1+n
n
1+n
n2
恒成立.
答案

(Ⅰ)∵函数f(x)=

lnx
x
-x,∴f′(x)=
1-lnx
x2
-1
,令f′(x)=0,得x2=1-lnx,显然x=1是此方程的解;

令g(x)=x2+lnx-1,其中x∈(0,+∞),则g′(x)=2x+

1
x
>0;

∴函数g(x)在(0,+∞)上单调递增,又x=1是方程f′(x)=0的唯一解,

∴当x=1时,函数有最大值f(x)max=f(1)=-1.

(Ⅱ)由(Ⅰ)知,函数f(x)在区间(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减;

故①当0<2m≤1,即0<m≤

1
2
时,f(x)在[m,2m]上单调递增,f(x)max=f(2m)=
ln2m
2m
-2m

②当m≥1时,f(x)在[m,2m]上单调递减,f(x)max=f(m)=

lnm
m
-m;

③当m<1<2m,即

1
2
<m<1时,f(x)max=f(1)=-1.

(Ⅲ)由(Ⅰ)知,x∈(0,+∞)时,f(x)max=f(1)=-1,

∴在(0,+∞)上恒有f(x)=

lnx
x
-x≤-1,当且仅当x=1时“=”成立,

∴对任意的x∈(0,+∞)恒有lnx≤x(x-1);

1+n
n
>1,∴ln
1+n
n
1+n
n
(
1+n
n
-1)=
1+n
n2

即对∀n∈N*,不等式ln

1+n
n
1+n
n2
恒成立.

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