问题 解答题
已知函数f(x)=x-(a+1)lnx-
a
x
(a>0).
(Ⅰ)当a=5时,求函数f(x)的单调递增区间;
(Ⅱ)求f(x)的极大值;
(Ⅲ)求证:对于任意a>1,函数f(x)<0在(0,a)上恒成立.
答案

定义域为(0,+∞),且f′(x)=1-

a+1
x
+
a
x2

(Ⅰ)当a=5时,f′(x)=1-

6
x
+
5
x2
=
x2-6x+5
x2
=
(x-1)(x-5)
x2
,令f'(x)≥0,

解得x≥5或x≤1.故函数f(x)在(0,1),(5,+∞)上单调递增.  …(2分)

(Ⅱ)令f'(x)≥0,即1-

a+1
x
+
a
x2
=
x2-(a+1)x+a
x2
=
(x-a)(x-1)
x2
≥0,

当a=1时,上式化为

(x-1)2
x2
≥0恒成立.故f(x)在(0,+∞)上单调递增,无极值;

当a>1时,解得x≤1或x≥a.故f(x)在(0,1),(a,+∞)上单调递增,在(1,a)上单调递减.

x(0,1)1(1,a)a(a,+∞)
f'(x)+0-0+
f(x)极大值极小值
故f(x)在x=1处有极大值f(1)=1-a.

当0<a<1时,解得x≤a或x≥1.故f(x)在(0,a),(1,+∞)上单调递增,在(a,1)上单调递减;

x(0,a)a(a,1)1(1,+∞)
f'(x)+0-0+
f(x)极大值极小值
故f(x)在x=a处有极大值f(a)=a-1-(a+1)lna.…(7分)

(Ⅲ)证明:当a>1时,由(2)可知f(x)在(0,1),(a,+∞)上单调递增,在(1,a)上单调递减.

故f(x)在(0,a)上的最大值为f(1)=1-a.

要证函数f(x)<0在(0,a)上恒成立

只要证f(x)在(0,a)上的最大值f(1)<0即可.

即证1-a<0恒成立.

因为a>1,故1-a<0.

由此可知,对任意a>1,f(x)<0在(0,a)上恒成立.…(9分)

单项选择题
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