Question

已知函数f(x)＝1?ax+ln1x（a为实常数）．（Ⅰ）当a=1时，求函数g（x）=f（x）-2x的单调区间；（Ⅱ）若函

已知函数f(x)＝1?ax+ln1x（a为实常数）．（Ⅰ）当a=1时，求函数g（x）=f（x）-2x的单调区间；（Ⅱ）若函数f（x）在区间（0，2）上无极值，求a的取值范围；（Ⅲ）已知n∈N*且n≥3，求证：lnn+13＜13+14+15+…+1n．

Answer 1

（I）当a=1时，g(x)＝1?2x?

1

x

+ln

1

x

，其定义域为（0，+∞），g′（x）=-2+

1

x2

?

1

x

=

?2x2?x+1

x2

＝

?(2x?1)(x+1)

x2

，，
令g′（x）＞0，并结合定义域知x∈(0，

1

2

)； 令g′（x）＜0，并结合定义域知x∈(

1

2

，+∞)；
故g（x）的单调增区间为（0，

1

2

）；单调减区间为(

1

2

，+∞)．
（II）f′(x)＝

a

x2

?

1

x

＝

a?x

x2

，
（1）当f′（x）≤0即a≤x在x∈（0，2）上恒成立时，a≤0，此时f（x）在（0，2）上单调递减，无极值；
（2）当f′（x）≥0即a≥x在x∈（0，2）上恒成立时，a≥2，此时f（x）在（0，2）上单调递增，无极值．
综上所述，a的取值范围为（-∞，0]∪[2，+∞）．
（Ⅲ）由（Ⅱ）知，当a=1时，f′（x）=

1?x

x2

，当x∈（0，1）时，f′（x）＞0，f（x）单调递增；
当x∈（1，+∞）时，f′（x）＜0，f（x）单调递减，
∴f（x）=1?

1

x

+ln

1

x

在x=1处取得最大值0．
即f（x）=1-

1

x

+ln

1

x

≤0，
∴ln

1

x

≤

1?x

x

，令x=

n

n+1

（0＜x＜1），则ln

n+1

n

＜

1

n

，即ln（n+1）-lnn＜

1

n

，
∴ln

n+1

3

=ln（n+1）-ln3=[ln（n+1）-lnn]+[lnn-ln（n-1）]+…+（ln4-ln3）
＜

1

n

+

1

n?1

+

1

n?2

+…+

1

3

．
故ln

n+1

3

＜

1

3

+

1

4

+

1

5

+…+

1

n

．