已知函数 f(x)=lnx+ 1-x ax ,其中a为大于零的常数.

已知函数 f(x)=lnx+
1-x
ax
,其中a为大于零的常数.
(Ⅰ)若a=1,求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)求函数f(x)在区间[1,2]上的最小值;
(Ⅲ)求证:对于任意的n∈N * ,n>1时,都有lnn>
1
2
+
1
3
+…+
1
n
成立.
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肥皂盒 幼苗

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f′(x)=
ax-1
a x 2 (x>0) . (2分)
(Ⅰ)当a=1时, f′(x)=
x-1
x 2 (x>0) .
当x>1时,f′(x)>0;当0<x<1时,f′(x)<0.
∴f(x)的增区间为(1,+∞),减区间为(0,1).(4分)
(Ⅱ)当a≥1时,f′(x)>0在(1,2)上恒成立,
这时f(x)在[1,2]上为增函数∴f(x) min =f(1)=0.
当 0<a≤
1
2 ,∵f′(x)<0在(1,2)上恒成立,
这时f(x)在[1,2]上为减函数∴ f (x) min =f(2)=ln2-
1
2a .

1
2 <a<1 时,令f′(x)=0,得 x=
1
a ∈(1,2) .
又∵对于 x∈[1,
1
a ) 有f′(x)<0,
对于 x∈(
1
a ,2] 有f′(x)>0,
∴ f (x) min =f(
1
a )=ln
1
a +1-
1
a ,(6分)
综上,f(x)在[1,2]上的最小值为
①当 0<a≤
1
2 时, f (x) mim =ln2-
1
2a ;
②当
1
2 <a<1 时, f(x ) min =ln
1
a +1-
1
a .
③当a≥1时,f(x) min =0;(8分)
(Ⅲ)由(Ⅰ)知函数 f(x)=
1
x -1+lnx 在[1,+∞)上为增函数,
当n>1时,∵
n
n-1 >1 ,∴ f(
n
n-1 )>f(1) ,
即 lnn-ln(n-1)>
1
n ,对于n∈N * 且n>1恒成立.(10分)
lnn=[lnn-ln(n-1)]+[ln(n-1)-ln(n-2)]++[ln3-ln2]+[ln2-ln1] >
1
n +
1
n-1 ++
1
3 +
1
2 ,
∴对于n∈N * ,且n>1时, lnn>
1
2 +
1
3 ++
1
n 恒成立.(12分)

1年前

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