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.