问题 解答题
已知函数f(x)=lnx-ax-3(a≠0),
(Ⅰ)讨论函数f(x)的单调性;
(Ⅱ)若对于任意的a∈[1,2],若函数g(x)=x3+
x2
2
[m-2f′(x)]
在区间(a,3)上有最值,求实数m的取值范围;
(Ⅲ)求证:ln(
1
22
+1)+ln(
1
32
+1)+ln(
1
42
+1)+…+ln(
1
n2
+1)<1(n≥2,n∈N*)
答案

(Ⅰ)由已知得f(x)的定义域为(0,+∞),且f′(x)=

1
x
-a,

当a>0时,f(x)的单调增区间为(0,

1
a
),减区间为(
1
a
,+∞
);

当a<0时,f(x)的单调增区间为(0,+∞),无减区间;(4分)

(Ⅱ)g(x)=x3+

x2
2
[m-2f′(x)]=x3+(
m
2
+a)x2-x,∴g'(x)=3x2+(m+2a)x-1,∵g(x)在区间(a,3)上有最值,∴g(x)在区间(a,3)上不总是单调函数,

g′(0)=-1∴

g′(a)<0
g′(3)>0
(6分)

由题意知:对任意a∈[1,2],g'(a)=3a2+(m+2a)•a-1=5a2+ma-1<0恒成立,∴m<

1-5a2
a
=
1
a
-5a,因为a∈[1,2],所以m<-
19
2

对任意,a∈[1,2],g'(3)=3m+26+6a>0恒成立,∴m>-

32
3
-
32
3
<m<-
19
2
(9分)

(Ⅲ)令a=1此时f(x)=lnx-x-3,由(Ⅰ)知f(x)=lnx-x-3在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,∴当x∈(0,+∞)时f(x)<f(1),∴lnx<x-1对一切x∈(0,+∞)成立,∴ln(x+1)<x对一切x∈(0,+∞)成立,∵n≥2,n∈N*,则有ln(

1
n2
+1)<
1
n2
,(12分)∴ln(
1
22
+1)+ln(
1
32
+1)++ln(
1
n2
+1)<
1
22
+
1
32
++
1
n2
1
1×2
+
1
2×3
++
1
(n-1)n

=(1-

1
2
)+(
1
2
-
1
3
)++(
1
n-1
-
1
n
)=1-
1
n
<1

(14分)

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