问题 解答题
已知函数f(x)=
1
x
+ax+lnx
g(x)=
a+1
x
+3lnx,(a∈R)

(I)当a=2时,求函数f(x)的单调区间;
(II)若函数F(x)=f(x)-g(x)在区间[1,+∞)上单调递增,求实数a的取值范围;
( III)证明:2n+1+
1
2n
≥n(n+1)ln2+3
对任意的n∈N*成立.
答案

(I)a=2,可得f(x)=

1
x
+2x+lnx,

可得f′(x)=

-1
x2
+2+
1
x
=
(2x-1)(x+1)
x2
,(x>0)

若f′(x)>0,可得x>

1
2
,f(x)为增函数;

若f′(x)<0,可得0<x<

1
2
,f(x)为减函数;

函数f(x)的单调增区间:(

1
2
,+∞];

函数f(x)的单调减区间:(0,

1
2
);

(II)函数F(x)=f(x)-g(x)=

1
x
+ax+lnx-
a+1
x
-3lnx

=

1
x
+ax-2lnx-
a+1
x

F′(x)=

-1
x2
+a-
2
x
+
a+1
x2
=
-1+ax2-2x+a+1
x2
≥0,

在区间[1,+∞)上大于等于0,

等价于-1+ax2-2x+a+1≥0,

可得a≥

2x
x2+1
,求y=
2x
x2+1
的最大值即可,

因为y在[1,+∞)上为减函数,所以y≤

2
1+1
=1,

∴a≥1;

( III)令f(x)=2x+1+

1
2x
-x(x+1)ln2-ln2+3,(x≥1)

可得f′(x)=2x+1ln2-

ln2
2x
-2xln2-ln2

=ln2(2x+1-

1
2x
-2x-1),

令g(x)=2x+1-

1
2x
-2x-1,

∴g′(x)=2x+1ln2+

ln2
2x
-2,x≥1,

可得g′(x)>g′(1)=4ln2+

ln2
2
-2>0,

g(x)为增函数,g(x)>g(1)=4-

1
2
-2-1=
1
2

∴f(x)为增函数,

∴f(x)>f(1)=4+

1
2
-2ln2+3=
15
2
-2ln2>0,

2n+1+

1
2n
≥n(n+1)ln2+3,即证;

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