问题
解答题
已知函数f(x)=plnx+(p-1)x2+1. (1)讨论函数f(x)的单调性; (2)当P=1时,f(x)≤kx恒成立,求实数k的取值范围; (3)证明:1n(n+1)<1+
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答案
(1)f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=
+2(p-1)x=p x
,2(p-1)x2+p x
当p>1时,f′(x)>0,故f(x)在(0,+∞)上单调递增;
当p≤0时,f′(x)<0,故f(x)在(0,+∞)上单调递减;
当0<p<1时,令f′(x)=0,解得x=
.- p 2(p-1)
则当x∈(0,
)时,f′(x)>0;x∈(- p 2(p-1)
,+∞)时,f′(x)<0,- p 2(p-1)
故f(x)在(0,
)上单调递增,在(- p 2(p-1)
,+∞)上单调递减;- p 2(p-1)
(2)∵x>0,
∴当p=1时,f(x)≤kx恒成立⇔1+lnx≤kx⇔k≥
,1+lnx x
令h(x)=
,则k≥h(x)max,1+lnx x
∵h′(x)=
=0,得x=1,-lnx x2
且当x∈(0,1),h′(x)>0;当x∈(1,+∞),h′(x)<0;
所以h(x)在0,1)上递增,在(1,+∞)上递减,
所以h(x)max=h(1)=1,
故k≥1.
(3)由(2)知,当k=1时,有f(x)≤x,当x>1时,f(x)<x,即lnx<x-1,
∴令x=
,则lnn+1 n
<n+1 n
,即ln(n+1)-lnn<1 n
,1 n
∴ln2-ln1<1,ln3-ln2<
,…,ln(n+1)-lnn<1 2 1 n
相加得1n(n+1)<1+
+1 2
+…+1 3
.1 n