问题 解答题
已知函数f(x)=x-xlnx,g(x)=f(x)-xf′(a),其中f′(a)表示函数f(x)在x=a处的导数,a为正常数.
(1)求g(x)的单调区间;
(2)对任意的正实数x1,x2,且x1<x2,证明:(x2-x1)f′(x2)<f(x2)-f(x1)<(x2-x1)f′(x1);
(3)对任意的n∈N*,且n≥2,证明:
1
ln2
+
1
ln3
+…+
1
lnn
1-f(n+1)
ln2•lnn
答案

(1)f'(x)=-lnx,g(x)=x-xlnx+xlna,g'(x)=f'(x)-f'(a)=-lnx+lna=ln

a
x
.         …(2分)

所以,x∈(0,a)时,g'(x)>0,g(x)单调递增;x∈(a,+∞)时,g'(x)<0,g(x)单调递减.

所以,g(x)的单调递增区间为(0,a],单调递减区间为[a,+∞).  …(4分)

(2)证明:对任意的正实数x1,x2,且x1<x2,取a=x1,则x2∈(x1,+∞),由(1)得g(x1)>g(x2),

即g(x1)=f(x1)-x1f'(x1)>f(x2)-x2f'(x1)=g(x2),

所以,f(x2)-f(x1)<(x2-x1)f'(x1)…①;         …(6分)

取a=x2,则x1∈(0,x2),由(1)得g(x1)<g(x2),即g(x1)=f(x1)-x1f'(x2)<f(x2)-x2f'(x2)=g(x2),

所以,f(x2)-f(x1)>(x2-x1)f'(x2)…②.

综合①②,得(x2-x1)f'(x2)<f(x2)-f(x1)<(x2-x1)f'(x1).  …(8分)

(3)证明:对k=1,2,…,n-2,令φ(x)=

ln(x+k)
lnx
(x>1),则φ′(x)=
xlnx-(x+k)ln(x+k)
x(x+k)(lnx)2

显然1<x<x+k,0<lnx<ln(x+k),所以xlnx<(x+k)ln(x+k),所以φ′(x)<0,φ(x)在(1,+∞)上单调递减.

由n-k≥2,得φ(n-k)≤φ(2),即

lnn
ln(n-k)
ln(2+k)
ln2

所以ln2lnn≤ln(2+k)ln(n-k),k=1,2,…,n-2.        …(10分)

所以2(

1
ln2
+
1
ln3
+…+
1
lnn
)=
lnn+ln2
ln2lnn
+
ln(n-1)+ln3
ln3ln(n-1)
+…+
ln2+lnn
lnnln2

lnn+ln2
ln2lnn
+
ln(n-1)+ln3
ln2ln(n-1)
+…+
ln2+lnn
lnnln2
=2
ln2+ln3+…+lnn
ln2lnn
  …(12分)

又由(2)知f(n+1)-f(n)<f′(n)=-lnn,所以lnn<f(n)-f(n+1).

∴ln1+ln2+…+lnn<f(1)-f(2)+f(2)-f(3)+…+f(n)-f(n+1)=f(1)-f(n+1)=1-f(n+1).

所以,

1
ln2
+
1
ln3
+…+
1
lnn
1-f(n+1)
ln2•lnn
.…(14分)

单项选择题
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