问题 解答题
已知函数f(x)=lnx-ax+1在x=2处的切线斜率为-
1
2

(I)求实数a的值及函数f(x)的单调区间;
(II)设g(x)=
x2+2kx+k
x
,对∀x1∈(0,+∞),∃x2∈(-∞,0)使得f(x1)≤g(x2)成立,求正实数k的取值范围;
(III)证明:
ln2
22
+
ln3
32
+…+
lnn
n2
2n2-n-1
4(n+1)
(n∈N*,n≥2)•
答案

(Ⅰ)函数的定义域为(0,+∞).

由已知得:f′(x)=

1
x
-a,f′(2)=
1
2
-a=-
1
2
,解得a=1.

于是f′(x)=

1
x
-1=
1-x
x
,当x∈(0,1)时,f′(x)>0,f (x)为增函数,

当x∈(1,+∞)时,f′(x)<0,f (x)为减函数,

即f (x)的单调递增区间为(0,1),单调递减区间为(1,+∞).  

(Ⅱ)由(Ⅰ)知,∀x1∈(0,+∞),f (x1)≤f (1)=0,即f (x1)的最大值为0,

由题意知:对∀x1∈(0,+∞),∃x2∈(-∞,0)使得f (x1)≤g(x2)成立,

只须f (x)max≤g(x)max

∵g(x)=

x2+2kx+k
x
=x+
k
x
+2k=-(-x+
k
-x
)+2k≤-2
k
+2k,∴只须-2
k
+2k
≥0,解得k≥1.

故k的取值范围[1,+∞).

(Ⅲ)要证明:

ln2
22
+
ln3
32
+…+
lnn
n2
2n2-n-1
4(n+1)
(n∈N*,n≥2)•

只须证

2ln2
22
+
2ln3
32
+…+
2lnn
n2
2n2-n-1
2(n+1)

即证

ln22
22
+
ln32
32
+…+
lnn2
n2
2n2-n-1
2(n+1)

由(Ⅰ)知,当x∈(1,+∞)时,f′(x)<0,f (x)为减函数,

∴f (x)=lnx-x+1≤f(1)=0,即lnx≤x-1,

∴当n≥2时,lnn2<n2-1,

lnn2
n2
n2-1
n2
=1-
1
n2
<1-
1
n(n+1)
=1-
1
n
+
1
n+1

ln22
22
+
ln32
32
+…+
lnn2
n2
<(1-
1
2
+
1
2+1
)+(1-
1
3
+
1
3+1
)+…+(1-
1
n
+
1
n+1

=n-1-

1
2
+
1
n+1
=
2n2-n-1
2(n+1)

ln2
22
+
ln3
32
+…+
lnn
n2
2n2-n-1
4(n+1)

单项选择题
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