(1)f'(x)=-lnx,g(x)=x-xlnx+xlna,g'(x)=f'(x)-f'(a)=-lnx+lna=ln[a/x].
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,+∞).
(2)证明:∵f′(x)=-lnx,
∴f′(x)在(0,+∞)上是一个减函数,
对任意的正实数x1,x2,且x1<x2,
由拉格朗日中值定理,可知,存在b∈(x1,x2),使得
f(x2)?f(x1)
x2?x1=f′(b),
∴x1<b<x2,又f′(x)在(0,+∞)上是一个减函数,
∴f′(x2)<f′(b)<f′(x1),
∴f′(x2)<
f(x2)?f(x1)
x2?x1<f′(x1),
∴(x2-x1)f′(x2)<f(x2)-f(x1)<(x2-x1)f′(x1).
(3)证明:对k=1,2,…,n-2,令φ(x)=
ln(x+k)
lnx(x>1),则φ′(x)=
xlnx?(x+k)ln(x+k)
x(x+k)(lnx)2,
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[lnn
ln(n?k)≤
ln(2+k)/ln2].
所以ln2lnn≤ln(2+k)ln(n-k),k=1,2,…,n-2.
所以2(
1
ln2+
1
ln3+…+
1
lnn)=[lnn+ln2/ln2lnn+
ln(n?1)+ln3
ln3ln(n?1)+…+
ln2+lnn
lnnln2]
≤[lnn+ln2/ln2lnn+
ln(n?1)+ln3
ln2ln(n?1)+…+
ln2+lnn
lnnln2]=2[ln2+ln3+…+lnn/ln2lnn]
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,[1/ln2+
1
ln3+…+
1
lnn<
1?f(n+1)
ln2?lnn].