已知函数f(x)=1(1−x)n+aln(x−1),其中n∈N*,a为常数.

1个回答

  • 解题思路:(1)欲求:“当n=2时,

    f(x)=

    1

    (1−x)

    2

    +aln(x−1)

    ”的极值,利用导数,求其导函数的零点及单调性进行判断即可;

    (2)欲证:“f(x)≤x-1”,令

    g(x)=x−1−

    1

    (1−x)

    n

    −ln(x−1)

    ,利用导函数的单调性,只要证明函数f(x)的最大值是x-1即可.

    (Ⅰ)由已知得函数f(x)的定义域为{x|x>1},

    当n=2时,f(x)=

    1

    (1−x)2+aln(x−1),所以f′(x)=

    2−a(1−x)2

    (1−x)3.

    (1)当a>0时,由f'(x)=0得x1=1+

    2

    a>1,x2=1−

    2

    a<1,

    此时f′(x)=

    −a(x−x1)(x−x2)

    (1−x)3.

    当x∈(1,x1)时,f'(x)<0,f(x)单调递减;

    当x∈(x1,+∞)时,f'(x)>0,f(x)单调递增.

    (2)当a≤0时,f'(x)<0恒成立,所以f(x)无极值.

    综上所述,n=2时,

    当a>0时,f(x)在x=1+

    2

    a处取得极小值,极小值为f(1+

    2

    a)=

    a

    2(1+ln

    2

    a).

    当a≤0时,f(x)无极值.

    (Ⅱ)证法一:因为a=1,所以f(x)=

    1

    (1−x)n+ln(x−1).

    当n为偶数时,

    令g(x)=x−1−

    1

    (1−x)n−ln(x−1),

    则g′(x)=1+

    n

    (x−1)n+1−

    1

    x−1=

    x−2

    x−1+

    n

    (x−1)n+1>0(x≥2).

    所以当x∈[2,+∞)时,g(x)单调递增,

    又g(2)=0,

    因此g(x)=x−1−

    1

    (x−1)n−ln(x−1)≥g(2)=0恒成立,

    所以f(x)≤x-1成立.

    当n为奇数时,要证f(x)≤x-1,由于

    1

    (1−x)n<0,所以只需证ln(x-1)≤x-1,

    令h(x)=x-1-ln(x-1),

    则h′(x)=1−

    1

    x−1=

    x−2

    x−1≥0(x≥2),

    所以当x∈[2,+∞)时,h(x)=x-1-ln(x-1)单调递增,又h(2)=1>0,

    所以当x≥2时,恒有h(x)>0,即ln(x-1)<x-1命题成立.

    综上所述,结论成立.

    证法二:当a=1时,f(x)=

    1

    (1−x)n+ln(x−1).

    当x≥2时,对任意的正整数n,恒有

    1

    (1−x)n≤1,

    故只需证明1+ln(x-1)≤x-1.

    令h(x)=x-1-(1+ln(x-1))=x-2-ln(x-1),x∈[2,+∞),

    则h′(x)=1−

    1

    x−1=

    x−2

    x−1,

    当x≥2时,h'(x)≥0,故h(x)在[2,+∞)上单调递增,

    因此当x≥2时,h(x)≥h(2)=0,即1+ln(x-1)≤x-1成立.

    故当x≥2时,有

    1

    (1−x)n+ln(x−1)≤x−1.

    即f(x)≤x-1.

    点评:

    本题考点: 利用导数研究函数的极值;函数恒成立问题.

    考点点评: 本题主要考查函数的导数、不等式等知识,以及不等式的证明,同时考查逻辑推理能力.