Question

已知函數f（x）=alnx+

1

2

x²-（1+a）x．
（1）求函數f（x）的單調區(qū)間；
（2）若f（x）≥0對定義域中的任意x恒成立，求實數a的取值范圍；
（3）證明：對任意正整數m，n，不等式

1

ln(m+1)

+

1

ln(m+2)

+…+

1

ln(m+n)

＞

n

m(m+n)

恒成立．

Answer 1

考點：利用導數研究函數的單調性,利用導數求閉區(qū)間上函數的最值

專題：導數的綜合應用

分析：（1）求出f（x）的導數，由此根據a的取值范圍進行分類討論，能求出函數f（x）的單調區(qū)間．
（2）由于f（1）=-

1

2

，當a＞0時，f（1）＜0，此時f（x）≥0對定義域內的任意x不是恒成立的．當a≤0時，由（1）得f（x）在區(qū)間（0，+∞）上取得最小值為f（1）=-

1

2

，由此能求出實數a的取值范圍．
（3）由（2）知，當a=-

1

2

時，f（x）≥0，當且僅當x=1時，等號成立，這個不等式等價于lnx≤x²-x．由此能夠證明對任意的正整數m，n，不等式恒成立．

解答： 解：（1）∵f′（x）=

a

x

+x-（1+a），
①當a≤0時，若0＜x＜1，則f′（x）＜0，
故函數f（x）的單調減區(qū)間是（0，1）；
若x＞1，則f′（x）＞0，故函數f（x）的增區(qū)間是（1，+∞）．
②當0＜a＜1時，函數f（x）的單調減區(qū)間是（a，1）；
單調增區(qū)間是（0，a），（1，+∞）．
③當a=1時，則f′（x）=

(x-1)2

x

≥0，
故函數f（x）的單調增區(qū)間是（0，+∞）；
④當a＞1時，函數f（x）的單調遞減區(qū)間是（1，a）；
函數f（x）的單調遞增區(qū)間是（0，1），（a，+∞）．
（2）由于f（1）=-

1

2

，
當a＞0時，f（1）＜0，
此時f（x）≥0對定義域內的任意x不是恒成立的．
當a≤0時，由（1）得f（x）在區(qū)間（0，+∞）上的極小值，也是最小值為f（1）=-

1

2

，
此時，f（1）≥0，解得a≤-

1

2

，
故實數a的取值范圍是（-∞，-

1

2

）．
（3）由（2）知，當a=-

1

2

時，
f（x）=-

1

2

lnx+

1

2

x²-

1

2

x≥0，當且僅當x=1時，等號成立，
這個不等式等價于lnx≤x²-x．
當x＞1時，變換為

1

lnx

＞

1

x2-x

=

1

x-1

-

1

x

，
因此不等式左邊＞（

1

m

-

1

m+1

）+（

1

m+1

-

1

m+2

）+…+（

1

m+n-1

-

1

m+n

）=

1

m

-

1

m+n

=

n

m(m+n)

，
從而得證．

點評：本題考查函數的單調區(qū)間的求法，考查實數的取值范圍的求法，考查不等式恒成立的證明．解題時要認真審題，仔細解答，注意導數的性質和分類討論思想的靈活運用．