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:.
网友回答
(1)解:f'(x)=-lnx,g(x)=x-xlnx+xlna,g'(x)=f'(x)-f'(a)=-lnx+lna=ln.?????????…(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)=,则φ′(x)=,
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.
所以ln2lnn≤ln(2+k)ln(n-k),k=1,2,…,n-2.????????…(10分)
所以=
≤=2??…(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,.…(14分)
解析分析:(1)求导函数,利用导数的正负,可确定函数的单调区间;(2)先证明f(x2)-f(x1)<(x2-x1)f'(x1),f(x2)-f(x1)>(x2-x1)f'(x2),即可得(x2-x1)f'(x2)<f(x2)-f(x1)<(x2-x1)f'(x1);(3)构造函数φ(x)=,确定φ(x)在(1,+∞)上单调递减,从而可得,即ln2lnn≤ln(2+k)ln(n-k),再利用放缩法,即可证得结论.
点评:本题考查导数知识的运用,考查函数的单调性,考查不等式的证明,考查放缩法的运用,综合性强,难度较大.