Question

已知函數f(x)=

1-x

ax

+lnx，
（1）若函數f（x）在[1，+∞）上是增函數，求正實數a的取值范圍；
（2）a=1時，求f（x）在[

1

2

，2]上的最大值和最小值；
（3）a=1時，求證：對大于1的正整數n，ln

n

n-1

＞

1

n

．

Answer 1

分析：（1）若函數f（x）在[1，+∞）上是增函數，則[1，+∞）是函數增區間的子區間，求函數的導數，令導數大于0，求出函數的單調增區間，再讓[1，+∞）的區間端點與函數增區間的區間端點比較即可．
（2）a=1時，求f（x）的導數，再令導數等于0，得到的x的值為函數的極值點，在借助函數在[

1

2

，2]的單調性，判斷函數當x為何值時有最大值，何時有最小值．
（3）借助（2）中判斷的函數在[

1

2

，2]的單調性，把證明ln

n

n-1

＞

1

n

轉化為比較函數值大小的問題．

解答：解：（1）由已知：f′(x)=

ax-1

ax2

，
依題意：

ax-1

ax2

≥0對x∈[1，+∞）成立，
∴ax-1≥0，對x∈[1，+∞）恒成立，即a≥

1

x

，對x∈[1，+∞）恒成立，
∴a≥(

1

x

)max，即a≥1．             
（2）當a=1時，f′(x)=

x-1

x2

，x∈[

1

2

，2]，
若x∈[

1

2

，1)，則f'（x）＜0，
若x∈（1，2]，則f'（x）＞0，
故x=1是函數f（x）在區間[

1

2

，2]上唯一的極小值點，也就是最小值點，
故f（x）_min=f（1）=0．                 
又f(

1

2

)=1-ln2，f(2)=-

1

2

+ln2，f(

1

2

)-f(2)=

3

2

-2ln2=

lne3-ln16

2

，
∵e³＞2.7³=19.683＞16，
∴f(

1

2

)-f(2)＞0，∴f(

1

2

)＞f(2)，
∴f（x）在[

1

2

，2]上最大值是f(

1

2

)=1-ln2，
∴f（x）在[

1

2

，2]最大1-ln2，最小0．       
（3）當a=1時，由（1）知，f(x)=

1-x

x

+lnx在[1，+∞）是增函數．
當n＞1時，令x=

n

n-1

，則x＞1，∴f（x）＞f（1）=0，
即f(

n

n-1

)=

1- n n-1

n n-1

+ln

n

n-1

=-

1

n

+ln

n

n-1

＞0，
即ln

n

n-1

＞

1

n

．

點評：本題主要考查導函數與原函數的單調性，極值之間的關系，即當導函數大于0時原函數單調遞增，當導函數小于0時原函數單調遞減．導函數等于于0時為極值點．