1712

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函数 f(x)=x−(12x+a)ln⁡x−1.

  1. 若 a=12, 求 f(x) 单调区间;
  2. 当 x>1 时 f(x)<0 恒成立, 求 a 的取值范围;
  3. 设 an=n+1−n, Tn=a12+⋯+an2, 请比较 4Tn 与 ln⁡(n+1) 大小, 并说明理由.
解

  1. 当 a=12, f′(x)=12(1−1x−ln⁡x)≤0, 所以 f(x) 的单减区间为 (0,+∞), 没有单增区间.
  2. 当 a≥12 时, f(x)≤f12(x) (这里 f12(x) 是 a=12 时 f(x) 的表达式). 由 (1) 得 f12(x)<f12(1)=0, 所以 f(x)<0 恒成立.
    当 a<12 时, f′(1)=12−a>0, 于是存在 x0>1, 使得 f′(x)>0 在 (1,m) 上恒成立, 于是 f(x) 在 (1,m) 上单增, f(m)>f(1)=0, 不成立.
    综上, a≥12.
  3. 从 (2) 中我们提炼出不等式 ln⁡x>2(x−1)x+1, x>1. 于是 ln⁡n+1n>2(n+1n−1)n+1n+1=2(n+1−n)n+1+n=2(n+1−n)2=2an2, 于是 4Tn=4(a12+⋯+an2)<2∑i=1nln⁡i+1i=2ln⁡n+1=ln⁡(n+1). 也即 4Tn<ln⁡(n+1).