已知函數(shù)f(x)=+aln(x-1),其中n∈N*,a為常數(shù).
(1)當(dāng)n=2時(shí),求函數(shù)f(x)的極值;
(2)當(dāng)a=1時(shí),證明:對(duì)任意的正整數(shù)n,當(dāng)x≥2時(shí),有f(x)≤x-1.
(1)當(dāng)a>0時(shí),f(x)在x=1+處取得極小值,極小值為f(1+)=(1+ln).
當(dāng)a≤0時(shí),f(x)無極值.
(2)證明見解析
(1) 由已知得函數(shù)f(x)的定義域?yàn)閧x|x>1},
當(dāng)n=2時(shí),f(x)=+aln(x-1),
所以f′(x)=.
①當(dāng)a>0時(shí),由f′(x)=0,得
x1=1+>1,x2=1-<1,
此時(shí)f′(x)=.
當(dāng)x∈(1,x1)時(shí),f′(x)<0,f(x)單調(diào)遞減;
當(dāng)x∈(x1,+∞)時(shí),f′(x)>0,f(x)單調(diào)遞增.
②當(dāng)a≤0時(shí),f′(x)<0恒成立,所以f(x)無極值.
綜上所述,n=2時(shí),
當(dāng)a>0時(shí),f(x)在x=1+處取得極小值,極小值為f(1+)=(1+ln).
當(dāng)a≤0時(shí),f(x)無極值.
(2) 方法一 因?yàn)閍=1,
所以f(x)=+ln(x-1).
當(dāng)n為偶數(shù)時(shí),
令g(x)=x-1--ln(x-1),
則g′(x)=1+-
=+>0 (x≥2).
所以,當(dāng)x∈[2,+∞)時(shí),g(x)單調(diào)遞增,又g(2)=0,
因此,g(x)=x-1--ln(x-1)≥g(2)=0恒成立,
所以f(x)≤x-1成立.
當(dāng)n為奇數(shù)時(shí),要證f(x)≤x-1,由于<0,
所以只需證ln(x-1)≤x-1,
令h(x)=x-1-ln(x-1),
則h′(x)=1-=≥0(x≥2),
所以,當(dāng)x∈[2,+∞)時(shí),h(x)=x-1-ln(x-1)單調(diào)遞增,
又h(2)=1>0,所以當(dāng)x≥2時(shí),恒有h(x)>0,
即ln(x-1)<x-1命題成立.
綜上所述,結(jié)論成立.
方法二 當(dāng)a=1時(shí),f(x)=+ln(x-1).
當(dāng)x≥2時(shí),對(duì)任意的正整數(shù)n,恒有≤1,
故只需證明1+ln(x-1)≤x-1.
令h(x)=x-1-(1+ln(x-1))
=x-2-ln(x-1),x∈[2,+∞).
則h′(x)=1-=,
當(dāng)x≥2時(shí),h′(x)≥0,故h(x)在[2,+∞)上單調(diào)遞增,
因此,當(dāng)x≥2時(shí),h(x)≥h(2)=0,
即1+ln(x-1)≤x-1成立.
故當(dāng)x≥2時(shí),有+ln(x-1)≤x-1.
即f(x)≤x-1.
練習(xí)冊(cè)系列答案
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