已知函数f(x)=ln(x+1)-[xa(x+1).

已知函数f(x)=ln(x+1)-[xa(x+1)
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解题思路:(1)求函数的导数,则导数f′(x)≥0对任意x∈[0,+∞)恒成立即可,分离参数即得a≥1x+1对任意x∈[0,+∞)恒成立,a≥(1x+1)max(x∈[0,+∞))即可.(2)a=1时,求f(x)的导数,再令导数等于0,得到的x的值为函数的极值点,在借助函数在[-12,1]的单调性,判断函数当x为何值时有最大值,何时有最小值.(3)由(1)知,当a=1时,f(x)=ln(1+x)-xx+1在[0,+∞)上是增函数,则f(x)≥f(0),即ln(1+x)≥x1+x,x∈[0,+∞)成立.即lnn+1n>1n+1,得证,或利用数学归纳法来证明也可.

(1)∵f(x)=ln(x+1)-[x
a(x+1),∴f′(x)=
a(x+1)−1
a(x+1)2(a>0).
∵函数f(x)在[0,+∞)内为增函数,∴f′(x)≥0对任意x∈[0,+∞)恒成立,
∴a(x+1)-1≥0对任意x∈[0,+∞)恒成立,即a≥
1/x+1]对任意x∈[0,+∞)恒成立.
而当x∈[0,+∞)时,([1/x+1])max=1,∴a≥1.
(2)当a=1时,f′(x)=[x
(x+1)2.∴当x∈[-
1/2],0)时,f′(x)<0,f(x)在[-[1/2],0)上单调递减,
当x∈(0,1]时,f′(x)>0,f(x)在(0,1]上单调递增,∴f(x)在[-[1/2],1]上有唯一极小值点,
故f(x)min=f(0)=0.又f(-[1/2])=1+ln[1/2]=1-ln2,f(1)=-[1/2]+ln2,
f(-[1/2])-f(1)=[3/2]-2ln2=[3−ln16/2]=[lne3−ln16/2]∵e3>16,
∴f(-[1/2])-f(1)>0,即f(-[1/2])>f(1).∴f(x)在[-[1/2],1]上的最大值为f(-[1/2])=1-ln2.
综上,函数f(x)在[-[1/2],1]上的最大值是1-ln2,最小值是 0.
(3)法一:用数学归纳法.
①当n=2时,要证[1/2]<ln2,只要证ln4>1,显然成立.
②假设当n=k时,不等式[1/2]+[1/3]+[1/4]+…+[1/k]<lnk(k>1,k∈N*)成立.
则当n=k+1时,[1/2]+[1/3]+[1/4]+…+[1/k]+[1/k+1]<lnk+[1/k+1].要证lnk+[1/k+1]<ln(k+1)成立,
只要证[1/k+1]<ln[k+1/k],即[1/k+1]<ln(1+[1/k]). 令[1/k]=x>0,则上式化为[x/1+x]<ln(1+x)(x>0).
只要证:ln(1+x)-[x/1+x]>0(*).
由(1)知,当a=1时,f(x)=ln(1+x)-[x/x+1]在[0,+∞)内是增函数,
故有f(x)≥f(0),即ln(1+x)≥[x/x+1]x∈[0,+∞)成立,而(*)中x=[1/k](k>1,k∈N*),x>0,
∴ln(1+x)-[x/1+x]>0 即(*)式成立.∴当n=k+1时,不等式成立.
由①②知对任意n>1的正整数不等式都成立.
法二:由(1)知,当a=1时,f(x)=ln(1+x)-[x/x+1]在[0,+∞)上是增函数,
故有f(x)≥f(0),即ln(1+x)≥[x/1+x],x∈[0,+∞)成立.
令x=[1/n](n∈N*),则x>0,∴有ln(1+x)>[x/1+x],即ln[n+1/n]>[1/n+1].
由此得ln[2/1]>[1/2],ln[3/2]>[1/3],ln[4/3]>[1/4],…,ln[n/n−1]>[1/n],
则ln[2/1]+ln[3/2]+ln[4/3]+…+ln[n/n−1]>[1/2]+[1/3]+[1/4]+…+[1/n],即得lnn>[1/2]+[1/3]+[1/4]+…+[1/n].
故对大于1的任意正整数n.都有[1/2]+[1/3]+[1/4]+…+[1/n]<lnn.

点评:
本题考点: 利用导数求闭区间上函数的最值;函数的单调性与导数的关系.

考点点评: 本题重点考查导数知识的运用,考查函数的单调性,考查函数的最值,考查大小比较,解题的关键是正确求出导函数,合理构建不等式,属于中档题.

1年前

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