问题 解答题
已知函数f(x)=lnx+
1-x
ax
,其中a
为大于零的常数.
(1)若函数f(x)在区间[1,+∞)内调递增,求a的取值范围;
(2)求函数f(x)在区间[1,2]上的最小值;
(3)求证:对于任意的n∈N*,且n>1时,都有lnn>
1
2
+
1
3
+…+
1
n
成立.
答案

(1)∵函数f(x)=lnx+

1-x
ax
,其中a为大于零的常数,

f(x)=

1
x
-
1
ax2
=
x-
1
a
x2

∵函数f(x)在区间[1,+∞)内单调递增,

∴当x≥1时,f(x)≥0恒成立,即

1
a
≤x(a>0),x∈[1,+∞)恒成立⇔
1
a
≤[x]min
,(a>0)x∈[1,+∞)⇔
1
a
≤1
(a>0).

解得a≥1.即为所求的取值范围.

(2)(i)由(1)可知:当a≥1时,f(x)在区间[1,2]上单调递增,

∴当x=1时,函数f(x)取得最小值,且f(1)=0.

(ii)当0<a≤

1
2
时,
1
a
≥2
,∴当x∈[1,2]时,f(x)≤0,∴函数f(x)在区间[1,2]上单调递减,

∴当x=2时,函数f(x)取得最小值,且f(2)=ln2-

1
2a

(iii)当

1
2
<a<1时,1<
1
a
<2

令f(x)=0,则x=

1
a

1<x<

1
a
时,f(x)<0;当
1
a
<x<2
时,f(x)>0.

∴当x=

1
a
时,函数f(x)取得极小值,因为在区间[1,2]内只有一个极小值,所以也即最小值,∴最小值为f(
1
a
)
=1-
1
a
-lna

(3)由(1)可知:令a=1,则函数f(x)=lnx+

1-x
x
在区间[1,+∞)上单调递增.

再令x=

n+1
n
f(1+
1
n
)>f(1)
,而f(1+
1
n
)=ln
n+1
n
-
1
n+1
,f(1)=0,

ln(n+1)-lnn>

1
n+1

∴lnn=(ln2-ln1)+(ln3-ln2)+…+[lnn-ln(n-1)]>

1
2
+
1
3
+…+
1
n

即lnn>

1
2
+
1
3
+…
1
n

写作题
材料分析题