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
1个回答

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

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,+∞).

(2)证明:∵f′(x)=-lnx,

∴f′(x)在(0,+∞)上是一个减函数,

对任意的正实数x1,x2,且x1<x2

由拉格朗日中值定理,可知,存在b∈(x1,x2),使得

f(x2)?f(x1)

x2?x1=f′(b),

∴x1<b<x2,又f′(x)在(0,+∞)上是一个减函数,

∴f′(x2)<f′(b)<f′(x1),

∴f′(x2)<

f(x2)?f(x1)

x2?x1<f′(x1),

∴(x2-x1)f′(x2)<f(x2)-f(x1)<(x2-x1)f′(x1).

(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.

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]

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].