Question

已知函数f（x）=ax²+lnx（x＞0），g（x）=2x（x∈R），函数h（x）=f（x）-g（x）在区间（0，+∞）上为增函数．
（1）求实数a的取值范围；
（2）设f′（x）、h′（x）分别是f（x）、h（x）的导函数，若方程h′（x）=0在区间（0，+∞）上有唯一解，
①令函数m_n（x）=[f′（x）]ⁿ-f（xⁿ+），其中n∈N^*且n≥2.2函数y=m_n（x）在区间（0，+∞）上的最小值；
②求证：对任意的正实数x，都有＜．

Answer

（1）把f（x）和g（x）的解析式代入h（x）=f（x）-g（x）中得到h（x）的解析式，求出h′（x），由已知函数为增函数得到当x大于0时导函数恒大于等于0，解出2a大于等于一个函数，求出这个函数的最大值，列出关于a的不等式，求出a的范围即可；
（2）①令h′（x）=0，根据此方程有唯一的正实数解得到△=0，求出a的值，①求出m′n（x），分解因式并把各项列举出来，当n大于等于3时，利用二项式定理判断导函数的正负即可得到函数的单调性，根据函数的增减性得到函数的最小值为mn（1）；把n等于2代入函数解析式中得到m2（x）的值也符合最小值的代数式，综上得到当n大于等于2.2时函数的最小值；
②根据①得到mn（x）的最小值为2x-2，当n大于等于3时求出倒数即可得到小于等于，又放大不等式得到其值小于等于+，同时n等于2等于+，列举出不等式的左边各项，利用推出的不等式和等比数列的求和公式得证．
【解析】
（1）h（x）=f（x）-g（x）=ax2+lnx-2x，
∴h′（x）=2ax+-2．
由已知，当x＞0时，h′（x）=2ax+-2≥0恒成立推出2a≥．
易求当x＞0时，函数y=-的最大值为1，
∴2a≥1，解得a≥；

（2）h′（x）=2ax+-2=0，即2ax2-2x+1=0有唯一正实数解．
由（1）知a≥，∴△=4-8a=0解得a=．
①mn（x）=-（xn+），
∴m′n（x）=n（1-）-（nxn-1-）
=n[-]
=n•[（1+x2）n-1-（x+x2+x4+…+x2n-2）]
当n≥3时，由二项式定理知（1+x2）n-1＞x+x2+x4+…+x2n-2（x＞0）．
∴当x∈（0，1）时，m′n（x）＜0，即函数y=mn（x）在（0，1）上递减．
当x∈（1，+∞）时，m′n（x）＞0，即函数y=mn（x）在（1，+∞）上递增．
∴当n≥3时，函数y=mn（x）的最小值为mn（1）=2n-2．
又当n=2时，m2（x）=2
∴函数y=mn（x）的最小值为mn（1）=2n-2；
②≤=•＜•=（1+）=+（n≥3）．
当n=2时，=+
∴＜[+]=+=-+-＜