f(x)=lg[1+2^x+3^x+……+(n-1)^x+n^xa]/n,其中a是实数,n是任意给定的正自然数且n≥2,如果f(x)当x∈(-∞,1]时有意义,求a的取值范围.

问题描述:

f(x)=lg[1+2^x+3^x+……+(n-1)^x+n^xa]/n,其中a是实数,n是任意给定的正自然数且n≥2,如果f(x)当x∈(-∞,1]时有意义,求a的取值范围.

证明:只需证明n≥2时,[1+2x+…+(n-1)x+nxa]2<n[1+22x+…+(n-1)2x+n2xa],a∈(0,1],x≠0.
∵(a1+a2+…+an2)2=(a12+a22+…an2)+2(a1a2+a2a3+…+an-1an)≤(a12+a22+…an2)+[(a12+a22)+…+(a12+an2)]+[(a22+a32)+…+(a22+an2)]+…+[(an-22+an-12)+(an-22+an2)]+(an-12+an2)
=n(a12+a22+…+an2).
于是(a1+a2+…+an)2≤n(a12+a22+…+an2)当a1=a2=…=an时成立.
利用上面结果知,当a=1,x≠0时,因1≠2x,所以有[1+2x+…+(n-1)x+nxa]2<n[1+22x+…+(n-1)2x+n2xa],a∈(0,1],
当0<a<1,x≠0时,因a2<a,所以有
[1+2x+…+(n-1)x+nxa]2<n[1+22x+…+(n-1)2x+n2xa],即有2f(x)<f(2x)a∈(0,1],x≠0.

若f(x)有意义,1+2^x+3^x+……+(n-1)^x+n^xa>0
等价于-a(1+2+3+……(n-1)/n=(n-1)/2
所以a∈(-(n-1)/2,∞)