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)=kx+1,对∀x∈(0,+∞),f(x)≤g(x)恒成立,求实数k的取值范围;
(III)设bn=
ln(n+1)
n3
,证明:b1+b2+…+bn<1+ln2(n∈N*,n≥2).
答案

(Ⅰ)由已知:f′(x)=

1
x
-a(x>0),

∵函数f(x)=lnx-ax+1在x=2处的切线斜率为-

1
2

f′(2)=

1
2
-a=-
1
2
,∴a=1.

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,

∴f (x)的单调递增区间为(0,1),单调递减区间为(1,+∞).  …(5分)

(Ⅱ)∀x∈(0,+∞),f (x)≤g(x),即lnx-(k+1)x≤0恒成立,

设h(x)=lnx-(k+1)x,有h′(x)=

1-(k+1)x
x

①当k+1≤0,即k≤-1时,h′(x)>0,此时h(1)=ln1-(k+1)≥0与h(x)≤0矛盾.

②当k+1>0,即k>-1时,令h′(x)=0,解得x=

1
k+1

x∈(0,

1
k+1
),h′(x)>0,h(x)为增函数,x∈(
1
k+1
,+∞)
,h′(x)<0,h(x)为减函数,

∴h(x)max=h(

1
k+1
)=ln
1
k+1
-1≤0,

即ln(k+1)≥-1,解得k≥

1
e
-1.

综合k>-1,知k≥

1
e
-1.

∴综上所述,k的取值范围为[

1
e
-1,+∞).…(10分)

(Ⅲ)证明:由(Ⅰ)知f (x)在(0,1)上是增函数,在(1,+∞)上是减函数,

∴f (x)≤f (1)=0,∴lnx≤x-1.

当n=1时,b1=ln(1+1)=ln2,

当n≥2时,有ln(n+1)<n,

∵bn=

ln(n+1)
n3
n
n3
=
1
n2
1
n(n-1)
=
1
n-1
-
1
n

∴b1+b2+…+bn<b1+(

1
2-1
-
1
2
)+…+(
1
n-1
-
1
n
)=ln2+(1-
1
n
)<1+ln2.…(14分)

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