问题 解答题
g(x)=px-
p
x
-2f(x)
,其中f(x)=lnx.
(Ⅰ)若g(x)在其定义域内为增函数,求实数p的取值范围;
(Ⅱ)证明:f(x)≤x-1;
(Ⅲ)证明:
ln2
22
+
ln3
32
+…+
lnn
n2
2n2-n-1
4(n+1)
(n∈N*,n≥2)
答案

(Ⅰ)∵g(x)=px-

p
x 
-2lnx(x>0),

g′(x)=p+

p
x2
-
2
x 
=
px2-2x+p
x2
.(1分)

令h(x)=px2-2x+p,要使g(x)在(0,+∞)为增函数,

只需h(x)在(0,+∞)上满足:h(x)≥0恒成立,

即px2-2x+p≥0.即 p≥

2x
x2+1
在(0,+∞)上恒成立.

又∵0<

2x
x2+1
=
2
x+
1
x
2
2
x•
1
x
=1(x>0),(4分)

∴p≥1.(5分)

(Ⅱ)证明:要证lnx≤x-1,

即证lnx-x+1≤0(x>0),

设k(x)=lnx-x+1,则k′(x)=

1
x
-1=
1-x
x
.(6分)

当x∈(0,1]时,k'(x)>0,∴k(x)为单调递增函数;

当x∈(1,+∞)时,k'(x)<0,∴k(x)为单调递减函数;

∴k(x)max=k(1)=0.(9分)

即lnx-x+1≤0,∴lnx≤x-1.(10分)

(Ⅲ)由(Ⅱ)知lnx≤x-1,又x>0,

lnx
x
x-1
x
=1-
1
x

∵n∈N*,n≥2,可令x=n2,得

lnn2
n2
≤1-
1
n2
.(12分)

lnn
n2
1
2
(1-
1
n2
).

ln2
22
+
ln3
32
++
lnn
n2
1
2
(1-
1
22
+1-
1
32
++1-
1
n2
)=
1
2
[(n-1)-(
1
22
+
1
32
++
1
n2
)]
1
2
[(n-1)-(
1
2×3
+
1
3×4
++
1
n(n+1)
)]

=

1
2
[(n-1)-(
1
2
-
1
3
+
1
3
-
1
4
++
1
n
-
1
n+1
)]

=

1
2
[n-1-(
1
2
-
1
n+1
)]=
2n2-n-1
4(n+1)
.(14分)

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