已知函数f(x)=x-(a+1)lnx-
(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. |
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
,令f'(x)≥0,(x-1)(x-5) x2
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
≥0,(x-a)(x-1) x2
当a=1时,上式化为
≥0恒成立.故f(x)在(0,+∞)上单调递增,无极值;(x-1)2 x2
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) | 增 | 极大值 | 减 | 极小值 | 增 |
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) | 增 | 极大值 | 减 | 极小值 | 增 |
(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)