对于函数f(x)=ax-(a+1)ln(x+1) (a>0)

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  • 解题思路:(Ⅰ)根据负数没有对数求出f(x)的定义域,然后求出f(x)的导函数,令导函数等于0求出x的值,在定义域内根据x的值,判断导函数的正负即可得到函数的单调区间;

    (Ⅱ)把a=1代入f(x)及导函数中,确定出f(x)的导函数及f′(0)的值,进而得到an的通项,把求得的an的通项代入所证的不等式中化简,即要证[1/n+1]<ln[n+1/n]<[1/n],令g(x)=x-ln(1+x),求出g(x)的导函数,找出g(x)的单调增区间为(0,+∞),又根据g(x)在x=0处连续,所以得到g([1/n])大于g(0),化简后得到一个不等式,记作①,然后令φ(x)=ln(x+1)-[x/1+x],求出φ(x)的导函数,根据导函数大于0,找出φ(x)的增区间为[0,+∞),也得到φ([1/n])大于φ(0),代入化简后得到令一个不等式,记作②,联立①②,得证;

    (Ⅲ)把(Ⅱ)中求出的an的通项代入bn=

    1

    a

    n

    ,得到bn的通项,罗列出前n项的和Tn的各项,再根据(Ⅱ)的结论,分别令n=1,2,…,2010,代入不等式中,将各式相加,利用对数的运算法则及已知化简后,得证.

    (Ⅰ)由已知的函数定义域为(-1,+∞)且f′(x)=a-[a+1/x+1]=[ax−1/x+1],

    令f′(x)=0,解得x=[1/a](a>0),

    (i)当x∈(-1,[1/a])时,f′(x)<0,函数f(x)在(-1,[1/a])内单调递增;

    (ii)当x∈([1/a],+∞)时,f′(x)>0,函数f(x)在([1/a],+∞)内单调递减,

    所以函数f(x)的单调减区间是(-1,[1/a]),增区间是([1/a],+∞);

    (Ⅱ)由已知a=1时,f′(x)=1-[2/x+1],

    ∴a1=f′(0)=-1,n≥2时,an=[2

    f′(n−1)−1=-n,

    ∴an=-n(n∈N+),

    于是,所证不等式即为:

    (1+

    1/n)−(n+1)<

    1

    e]<(1+

    1

    n)−n⇔(1+

    1

    n)n<e<(1+

    1

    n)n+1⇔nln(1+[1/n])<1<(n+1)ln(1+[1/n])

    即[1/n+1]<ln[n+1/n]<[1/n],

    为此,令g(x)=x-ln(1+x)⇒g′(x)=1-[1/1+x]=[x/1+x],

    ∴当x∈(0,+∞),g′(x)>0,g(x)单调递增,又g(x)在x=0处连续,

    ∴n∈N+,g([1/n])>g(0)=0⇒[1/n]-ln(1+[1/n])>0,①

    设φ(x)=ln(x+1)-[x/1+x],x∈[0,+∞),

    得:φ′(x)=[1/x+1]-

    1

    (1+x)2=

    x

    (1+x)2,

    当x>0时,φ′(x)>0,所以φ(x)在(0,+∞)内是增函数,

    所以φ(x)在[0,+∞)内是增函数.

    当n∈N+时,φ([1/n])>φ(0)=0,

    即ln(1+[1/n])-

    1

    n

    1+

    1

    n>0⇒[1/1+n]<ln(1+n)②,

    由①②得:[1/n+1]<ln[n+1/n]<[1/n],即(1−

    1

    an)an+1<

    1

    e<(1−

    1

    an)an;

    (Ⅲ)由bn=-[1

    an=

    1/n],则Tn=1+[1/2]+[1/3]+…+[1/n],

    由(Ⅱ)可知[1/n+1]<ln[n+1/n]<[1/n],

    令n=1,2,3,…,2010,并将各式相加得:

    [1/2]+[1/3]+…+[1/2011]<ln[2/1]+ln[3/2]+…+ln[2011/2010]<1+[1/2]+[1/3]+…+[1/2010],

    即T2011-1<ln2011<T2010

    点评:

    本题考点: 利用导数研究函数的单调性;数列与函数的综合;数列与不等式的综合.

    考点点评: 此题考查了由导函数的正负确定函数的单调区间,考查了数列与函数及不等式的综合,是一道中档题.此题的难点为第二问中不等式的证明.