Question

已知函數(shù)f（x）=ln（ax）-

x-a

x

（a≠0）
（Ⅰ）求函數(shù)f（x）的單調(diào)區(qū)間及最值；
（Ⅱ）求證：對于任意正整數(shù)n，均有1+

1

2

+

1

3

+…+

1

n

≥ln

en

n!

（e為自然對數(shù)的底數(shù)）；
（Ⅲ）當(dāng)a=1時，是否存在過點(diǎn)（1，-1）的直線與函數(shù)y=f（x）的圖象相切？若存在，有多少條？若不存在，說明理由．

Answer 1

考點(diǎn)：利用導(dǎo)數(shù)研究曲線上某點(diǎn)切線方程,數(shù)列與不等式的綜合

專題：綜合題,導(dǎo)數(shù)的綜合應(yīng)用

分析：（I）由題意知a≠0，先對函數(shù)求導(dǎo)，分a＞0，a＜0討論函數(shù)的定義域及單調(diào)區(qū)間，從而確定最值．
（II）當(dāng)a=1時由（I）知函數(shù)f（x）的定義域（0，+∞），在（0，1）是減函數(shù)，[1，+∞）是增函數(shù)，從而有

1

x

≥1-lnx=ln

e

x

，分別把x=1，2，3…代入不等式相加可證
（III）假設(shè)存在滿足條件的直線與函數(shù)相切，根據(jù)導(dǎo)數(shù)的幾何意義，求出切線方程，結(jié)合導(dǎo)數(shù)的知識推導(dǎo)．

解答： （Ⅰ）解：由題意f′（x）=

x-a

x2

．
當(dāng)a＞0時，函數(shù)f（x）的定義域?yàn)椋?，+∞），
此時函數(shù)在（0，a）上是減函數(shù)，在（a，+∞）上是增函數(shù)，f_min（x）=f（a）=lna²，無最大值．（3分）
當(dāng)a＜0時，函數(shù)f（x）的定義域?yàn)椋?∞，0），
此時函數(shù)在（-∞，a）上是減函數(shù)，在（a，0）上是增函數(shù)，f_min（x）=f（a）=lna²，無最大值．（5分）
（Ⅱ）證明：取a=1，由（1）知f（x）=lnx-

x-1

x

≥f（1）=0，
故

1

x

≥1-lnx=ln

e

x

，
取x=1，2，3，…，
則1+

1

2

+

1

3

+…+

1

n

≥ln

en

n!

（e為自然對數(shù)的底數(shù)）；（8分）
（Ⅲ）解：假設(shè)存在這樣的切線，設(shè)其中一個切點(diǎn)T（x₀，lnx₀-

x0-1

x0

），
切線方程：y+1=

x0-1

x02

（x-1），將點(diǎn)T坐標(biāo)代入得：lnx₀-

x0-1

x0

=

x0-1

x02

，即lnx₀+

3

x0

-

2

x02

-1=0，①
設(shè)g（x）=lnx+

3

x

-

2

x2

-1，則g′（x）=

(x-1)(x-2)

x3

．（10分）
∵x＞0，
∴g（x）在區(qū)間（0，1），（2，+∞）上是增函數(shù)，在區(qū)間（1，2）上是減函數(shù)，
故g（x）_極大值=g（1）=1＞0，g（x）_極小值=g（2）=ln2+

1

4

＞0．
又g（

1

4

）=ln

1

4

+12-16-1=-ln4-3＜0，
注意到g（x）在其定義域上的單調(diào)性，知g（x）=0僅在（

1

4

，1）內(nèi)有且僅有一根
所以方程①有且僅有一解，故符合條件的切線有且僅有一條．（12分）

點(diǎn)評：本題考查了導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用：利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)單調(diào)區(qū)間及求最值問題，而對不等式的證明問題，主要是結(jié)合函數(shù)的單調(diào)性，對于存在性問題，通常是先假設(shè)存在，由假設(shè)出發(fā)進(jìn)行推導(dǎo)，若推出矛盾，說明假設(shè)錯誤，即不存在，反之說明存在．