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+
1
2
+
1
3
+
…+
1
n
(n∈N+).
答案

(1)f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=

p
x
+2(p-1)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,

-
p
2(p-1)
)时,f′(x)>0;x∈(
-
p
2(p-1)
,+∞)
时,f′(x)<0,

故f(x)在(0,

-
p
2(p-1)
)上单调递增,在(
-
p
2(p-1)
,+∞)
上单调递减;

(2)∵x>0,

∴当p=1时,f(x)≤kx恒成立⇔1+lnx≤kx⇔k≥

1+lnx
x

令h(x)=

1+lnx
x
,则k≥h(x)max

∵h′(x)=

-lnx
x2
=0,得x=1,

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=

n+1
n
,则ln
n+1
n
1
n
,即ln(n+1)-lnn<
1
n

∴ln2-ln1<1,ln3-ln2<

1
2
…,ln(n+1)-lnn<
1
n

相加得1n(n+1)<1+

1
2
+
1
3
+…+
1
n

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