解题思路:(Ⅰ)
F(x)=lnx−k•
x−1
x+1
(x>0),利用导数的运算法则可得
F
′
(x)=
1
x
−
2k
(x+1
)
2
=
x
2
+2(1−k)x+1
x(x+1
)
2
,对于分子x2+2(1-k)x+1=0的判别式△=4(1-k)2-4=4(k2-2k).通过对△和k分类讨论即可得出.
(Ⅱ)即x>1时,F(x)>0恒成立.利用(I)的结论和单调性即可得出;
(III)由(II)知:取k=2,
lnx>2•
x−1
x+1
在(1,+∞)恒成立,令
x=1+
1
a
n
2
,则
ln(1+
1
a
n
2
)>2•
1
a
n
2
2+
1
a
n
2
=
2
2
a
n
2
+1
>
2
2
a
n
+1
.利用累加求和和柯西不等式即可证明.
(Ⅰ)F(x)=lnx−k•
x−1
x+1(x>0).
F′(x)=
1
x−
2k
(x+1)2=
x2+2(1−k)x+1
x(x+1)2,
x2+2(1-k)x+1=0的判别式△=4(1-k)2-4=4(k2-2k).
①当△≤0即k∈[0,2]时,F'(x)≥0恒成立,则F(x)在(0,+∞)单调递增;
②当k<0时,F'(x)>0在(0,+∞)恒成立,则F(x)在(0,+∞)单调递增;
③当k>2时,方程x2+2(1-k)x+1=0的两正根为k−1−
k2−2k,k−1+
k2−2k.
则F(x)在(0,k−1−
k2−2k)单调递增,(k−1−
k2−2k,k−1+
k2−2k)单调递减,(k−1+
k2−2k,+∞)单调递增.
综上:当k≤2时,只有单调递增区间(0,+∞).
当k>2时,单调递增区间为(0,k−1
点评:
本题考点: 函数恒成立问题;函数单调性的判断与证明;函数最值的应用.
考点点评: 本题综合考查了利用导数研究函数的单调性极值与最值、一元二次方程与判别式的关系、分类讨论、利用已经证明的结论解决问题、恒成立问题等基础知识与基本技能方法,属于难题.