设函数f(x)=1−e−x−xax+1,(a∈R).

1个回答

  • 解题思路:(1)即证当x>-1时,ex≥x+1,构造函数g(x)=ex-x-1,可得g(x)在[0,+∞)上单调增,(-1,0]上单调减,从而可得g(x)≥0,故得证;

    (2)f(x)≤0在[0,+∞)上恒成立,等价于x≥0时,

    1−

    e

    −x

    x

    ax+1

    ,先确定a≥0,从而问题转化为x≥0时,(1-e-x)(ax+1)-x≤0,构建函数h(x)=(1-e-x)(ax+1)-x,利用h′(x)=a(1-e-x)+(ax+1)e-x-1,h″(x)=e-x(2a-ax-1),确定函数的单调性,从而可得实数a的取值范围;

    (3)由(2)知,当a=[1/2]时,

    1−

    e

    −x

    x

    1

    2

    x+1

    ,从而

    e

    −x

    2−x

    x+2

    x≤ln (

    2+x

    −x+2

    )=ln(−1+

    4

    2−x

    )

    ,令

    4

    2−x

    =n

    ,可得

    ln(n−1)≥2−

    4

    n

    (n≥2)

    ,叠加即可得出结论.

    (1)证明:a=1时,f(x)=1−e−x−

    x

    x+1

    当x>-1时,f(x)≥0,即1−e−x−

    x

    x+1≥ 0,亦即1-(x+1)e-x≥0,即ex≥x+1

    因此只要证当x>-1时,ex≥x+1

    构造函数g(x)=ex-x-1,∴g′(x)=ex-1

    当x≥0时,g′(x)≥0;当-1<x<0时,g′(x)<0

    ∴g(x)在[0,+∞)上单调增,(-1,0]上单调减

    ∴g(x)min=g(0)=0

    ∴g(x)≥0,即当x>-1时,ex≥x+1

    ∴当x>-1时,f(x)≥0;

    (2)f(x)≤0在[0,+∞)上恒成立,等价于x≥0时,1−e−x≤

    x

    ax+1恒成立

    ∵1-e-x∈[0,1),∴[x/ax+1≥0

    ∴若x=0时,0=0,此时a∈R;若x>0,ax+1>0,∴a>−

    1

    x],∴a≥0

    ∴a≥0,

    x≥0时,1−e−x≤

    x

    ax+1恒成立,等价于(1-e-x)(ax+1)-x≤0恒成立

    令h(x)=(1-e-x)(ax+1)-x,

    ∴h′(x)=a(1-e-x)+(ax+1)e-x-1

    ∴h″(x)=e-x(2a-ax-1)

    ∵a≥0,x≥0,∴h″(x)≤(2a-1)e-x

    ①若2a-1≤0,即0≤a≤

    1

    2时,h″(x)≤0,

    ∴h′(x)在[0,+∞)上单调减,∴h′(x)≤h(0)=0,

    ∴h(x)在[0,+∞)上单调减,∴h(x)≤h(0)=0,∴f(x)≤0,满足题意;

    ②若2a-1>0,即a>

    1

    2时,当0<x<

    2a−1

    a时,h″(x)>0,

    ∴h′(x)在[0,+∞)上单调增,∴h′(x)>h(0)=0,

    ∴h(x)在[0,+∞)上单调增,∴h(x)>h(0)=0,∴f(x)>0,不满足题意;

    综上知,实数a的取值范围为[0,

    1

    2];

    (3)证明:由(2)知,当a=[1/2]时,1−e−x≤

    x

    1

    2x+1,∴e−x≥

    2−x

    x+2,当x∈(0,2)时,ex≤

    2+x

    −x+2,

    ∴x≤ln (

    2+x

    −x+2)=ln(−1+

    4

    2−x)

    令[4/2−x=n,∴x=2−

    4

    n],∴ln(n−1)≥2−

    4

    n(n≥2)

    n

    k=2ln(k−1)≥2n−2−

    n

    点评:

    本题考点: 利用导数求闭区间上函数的最值;利用导数研究函数的单调性.

    考点点评: 本题考查不等式的证明,考查恒成立问题,考查导数知识的运用,考查构建新函数,考查学生分析解决问题的能力,难度大,需要较强的基本功.