Question

設f(x)＝lnx＋－1，證明：
（1）當x>1時，f(x)< (x－1)；
（2）當1<x<3時，f(x)<.

Answer 1

（1）見解析（2）見解析

證明：（1）(證法一)記g(x)＝lnx＋－1－ (x－1).則當x>1時，
g′(x)＝＋－<0，g(x)在(1，＋∞)上單調遞減.
又g（1）＝0，有g(x)<0，即f(x)< (x－1).
(證法二)
由均值不等式，當x>1時，2<x＋1，故<＋.①
令k(x)＝lnx－x＋1，則k（1）＝0，k′(x)＝－1<0，
故k(x)<0，即lnx<x－1.②
由①②得，當x>1時，f(x)< (x－1).
（2）(證法一)記h(x)＝f(x)－，由（1）得
h′(x)＝＋－＝－<－＝.
令g(x)＝(x＋5)³－216x，則當1<x<3時，g′(x)＝3(x＋5)²－216<0.
因此g(x)在(1,3)內是遞減函數，又由g（1）＝0，得g(x)<0，所以h′(x)<0.
因此h(x)在(1,3)內是遞減函數，又由h（1）＝0，得h(x)<0.于是當1<x<3時，f(x)<.
(證法二)記h(x)＝(x＋5)f(x)－9(x－1)，
則當1<x<3時，由（1）得h′(x)＝f(x)＋(x＋5)f′(x)－9< (x－1)＋(x＋5)－9
＝ [3x(x－1)＋(x＋5)(2＋)－18x]<
＝ (7x²－32x＋25)<0.
因此h(x)在(1,3)內單調遞減，又，所以，即.