问题 解答题
设函数f(x)=(x-1)2+mlnx,其中m为常数.
(1)当m>
1
2
时,判断函数f(x)
在定义域上的单调性;
(2)若函数f(x)有极值点,求实数m的取值范围及f(x)的极值点.
(3)当n≥3,n∈N时,证明:
1
n2
<ln(n+1)-lnn<
1
n
答案

(1)函数f(x)=(x-1)2+mlnx,可得函数的定义域为(0,+∞)

f′(x)=2(x+1)+

b
x
=
2x2-2x+m
x
=
2(x-
1
2
)2+m-
1
2
x
(x>0)

当m

1
2
时,可知f′(x)>0对任意x∈(0,+∞)恒成立,

∴函数f(x)在(0,+∞)上是单调递增函数.

(2)由(1)知,当m>

1
2
时,函数f(x)在(0,+∞)上是单调增函数,没有极值点.

m=

1
2
时,f′(x)=
2(x-
1
2
)
2
x
≥0
,函数f(x)在(0,+∞)上是单调增函数,没有极值点.

m<

1
2
时,令f'(x)=0得,x1=
1-
1-2m
2
x2=
1+
1-2m
2
…(6分)

①当m≤0时,x1=

1-
1-2m
2
≤0∉(0,+∞),则x2=
1+
1-2m
2
≥1∈(0,+∞)

列表:

x(0,x2x2(x2,+∞)
f'(x)-0+
f(x)极小值
由此看出,当m≤0时,f(x)有唯一极小值点x2=
1+
1-2m
2
.…(8分)

②当0<m<

1
2
时,0<x1<x2<1,

列表:

x(0,x1x1(x1,x2x2(x2,+∞)
f'(x)+0-0+
f(x)极大值极小值
由此看出,当0<m<
1
2
时,f(x)有极大值点x1=
1-
1-2m
2
和极小值点x2=
1+
1-2m
2

综上,当m≤0时,f(x)有唯一极小值点x2=

1+
1-2m
2

0<m<

1
2
时,f(x)有极小值点x1=
1-
1-2m
2
和极大值点x2=
1+
1-2m
2
.…(10分)

(3)由(2)知,m=-1时,函数f(x)=(x-1)2-lnx,

此时,函数f(x)有唯一极小值点x=

1+
1-2m
2
=
1+
3
2

x∈(0,

1+
3
2
)时,f'(x)<0,f(x)在(0,
1+
3
2
)
上是减函数,

∵n≥3时,0<1<1+

1
n
4
3
1+
3
2

f(1+

1
n
)<f(1),即
1
n2
-ln(1+
1
n
)<0

∴n≥3时,

1
n2
<ln(n+1)-lnn.

令函数h(x)=(x-1)-lnx(x>0),则h′(x)=1-

1
x
=
x-1
x

当x>1时,h′(x)>0,h(x)在(1,+∞)上是增函数,

∵n≥3时,1<1+

1
n
,∴h(1+
1
n
)>
f(1),即
1
n
-ln(1+
1
n
)>0

∴n≥3时,ln(n+1)-lnn

1
n

综上,当n≥3,n∈N时,不等式

1
n2
<ln(n+1)-lnn<
1
n
恒成立.

报关编码
名词解释