已知m>1m>1,n>1n>1,且ln⁡m−ln⁡n=2n−m\ln m-\ln n=2n-m,下列结论正确的是()(\quad) ①(12)m<(12)n(\dfrac{1}{2})^{m}< (\dfrac{1}{2})^{n};②nm>n+1m+1\dfrac{n}{m}>\dfrac{n+1}{m+1};③log⁡m2021>log⁡n2021\log_{m}2021>\log_{n}2021;④m−1n>n−1m.m-\dfrac{1}{n}>n-\dfrac{1}{m}.
A. ①④
B. ②③
C. ①②
D. ②④

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完整解法

1. 确定 $m$ 与 $n$ 的大小关系

由已知 ln⁡m−ln⁡n=2n−m\ln m - \ln n = 2n - m,移项整理得 ln⁡m+m=ln⁡n+2n\ln m + m = \ln n + 2n.
设函数 f(x)=ln⁡x+xf(x) = \ln x + x (x>0x > 0),
求导得 f′(x)=1x+1>0f'(x) = \dfrac{1}{x} + 1 > 0,所以 f(x)f(x) 在 (0,+∞)(0, +\infty) 上单调递增。
因为 n>1n > 1,所以 2n=n+n>n2n = n + n > n,
因此 f(m)=ln⁡m+m=ln⁡n+2n>ln⁡n+n=f(n)f(m) = \ln m + m = \ln n + 2n > \ln n + n = f(n).
由于 f(x)f(x) 单调递增,故 m>n>1m > n > 1.

2. 判断结论①的真假

由 m>n>1m > n > 1,根据指数函数 y=(12)xy = \left(\dfrac{1}{2}\right)^x 在 R\mathbb{R} 上单调递减,可得 (12)m<(12)n\left(\dfrac{1}{2}\right)^m < \left(\dfrac{1}{2}\right)^n.
所以结论①正确。

3. 判断结论②的真假

比较 nm\dfrac{n}{m} 与 n+1m+1\dfrac{n+1}{m+1} 的大小,使用作差法:
nm−n+1m+1=n(m+1)−m(n+1)m(m+1)=mn+n−(mn+m)m(m+1)=n−mm(m+1).\dfrac{n}{m} - \dfrac{n+1}{m+1} = \dfrac{n(m+1) - m(n+1)}{m(m+1)} = \dfrac{mn+n - (mn+m)}{m(m+1)} = \dfrac{n-m}{m(m+1)}.
因为 m>n>1>0m > n > 1 > 0,所以 n−m<0n - m < 0,且 m(m+1)>0m(m+1) > 0,
因此 nm−n+1m+1<0\dfrac{n}{m} - \dfrac{n+1}{m+1} < 0,即 nm<n+1m+1\dfrac{n}{m} < \dfrac{n+1}{m+1}.
所以结论②错误。

4. 判断结论③的真假

因为 m>n>1m > n > 1,由对数换底公式可知:
log⁡m2021=ln⁡2021ln⁡m\log_m 2021 = \dfrac{\ln 2021}{\ln m},log⁡n2021=ln⁡2021ln⁡n\log_n 2021 = \dfrac{\ln 2021}{\ln n}.
由于 m>n>1m > n > 1,则 ln⁡m>ln⁡n>0\ln m > \ln n > 0,所以 1ln⁡m<1ln⁡n\dfrac{1}{\ln m} < \dfrac{1}{\ln n}.
因为 ln⁡2021>0\ln 2021 > 0,所以 log⁡m2021<log⁡n2021\log_m 2021 < \log_n 2021.
所以结论③错误。

5. 判断结论④的真假

要证 m−1n>n−1mm - \dfrac{1}{n} > n - \dfrac{1}{m},只需证 m+1m>n+1nm + \dfrac{1}{m} > n + \dfrac{1}{n}.
设函数 g(x)=x+1xg(x) = x + \dfrac{1}{x} (x>1x > 1),
求导得 g′(x)=1−1x2g'(x) = 1 - \dfrac{1}{x^2}.
当 x>1x > 1 时, x2>1x^2 > 1,所以 g′(x)>0g'(x) > 0,从而 g(x)g(x) 在 (1,+∞)(1, +\infty) 上单调递增。
由于 m>n>1m > n > 1,因此 g(m)>g(n)g(m) > g(n),即 m+1m>n+1nm + \dfrac{1}{m} > n + \dfrac{1}{n} 成立,
所以结论④正确。

综上所述,结论①④正确,故选 A。

答案

A

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