问题 解答题
已知函数f(x)=1-
a
x
+ln
1
x
(a为实常数).
(Ⅰ)当a=1时,求函数g(x)=f(x)-2x的单调区间;
(Ⅱ)若函数f(x)在区间(0,2)上无极值,求a的取值范围;
(Ⅲ)已知n∈N*且n≥3,求证:ln
n+1
3
1
3
+
1
4
+
1
5
+…+
1
n
答案

(I)当a=1时,g(x)=1-2x-

1
x
+ln
1
x
,其定义域为(0,+∞),g′(x)=-2+
1
x2
-
1
x
=
-2x2-x+1
x2
=
-(2x-1)(x+1)
x2
,,

令g′(x)>0,并结合定义域知x∈(0,

1
2
); 令g′(x)<0,并结合定义域知x∈(
1
2
,+∞)

故g(x)的单调增区间为(0,

1
2
);单调减区间为(
1
2
,+∞)

(II)f(x)=

a
x2
-
1
x
=
a-x
x2

(1)当f′(x)≤0即a≤x在x∈(0,2)上恒成立时,a≤0,此时f(x)在(0,2)上单调递减,无极值;

(2)当f′(x)≥0即a≥x在x∈(0,2)上恒成立时,a≥2,此时f(x)在(0,2)上单调递增,无极值.

综上所述,a的取值范围为(-∞,0]∪[2,+∞).

(Ⅲ)由(Ⅱ)知,当a=1时,f′(x)=

1-x
x2
,当x∈(0,1)时,f′(x)>0,f(x)单调递增;

当x∈(1,+∞)时,f′(x)<0,f(x)单调递减,

∴f(x)=1-

1
x
+ln
1
x
在x=1处取得最大值0.

即f(x)=1-

1
x
+ln
1
x
≤0,

ln

1
x
1-x
x
,令x=
n
n+1
(0<x<1),则ln
n+1
n
1
n
,即ln(n+1)-lnn
1
n

∴ln

n+1
3
=ln(n+1)-ln3=[ln(n+1)-lnn]+[lnn-ln(n-1)]+…+(ln4-ln3)

1
n
+
1
n-1
+
1
n-2
+…+
1
3

ln

n+1
3
1
3
+
1
4
+
1
5
+…+
1
n

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