已知函数f(x)=ax2+ln(x+1).

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  • 解题思路:(Ⅰ)求导函数,由导数的正负可得函数的单调区间;

    (Ⅱ)当x∈[0,+∞)时,不等式f(x)≤x恒成立,等价于ax2+ln(x+1)-x≤0恒成立,设g(x)=ax2+ln(x+1)-x(x≥0),只需g(x)max≤0即可,分类讨论,可求实数a的取值范围;

    (Ⅲ)据(Ⅱ)知当a=0时,ln(x+1)≤x在[0,+∞)上恒成立,利用裂项法,结合对数的运算法则,可证结论.

    (Ⅰ)当a=−

    1

    4时,f(x)=−

    1

    4x2+ln(x+1)(x>-1),f′(x)=−

    1

    2x+

    1

    x+1=−

    (x+2)(x−1)

    2(x+1)(x>-1),

    由f'(x)>0,解得-1<x<1,由f'(x)<0,解得x>1.

    故函数f(x)的单调递增区间为(-1,1),单调递减区间为(1,+∞).(4分)

    (Ⅱ)因当x∈[0,+∞)时,不等式f(x)≤x恒成立,即ax2+ln(x+1)-x≤0恒成立,设g(x)=ax2+ln(x+1)-x(x≥0),只需g(x)max≤0即可.(5分)

    由g′(x)=2ax+

    1

    x+1−1=

    x[2ax+(2a−1)]

    x+1,

    (ⅰ)当a=0时,g′(x)=

    −x

    x+1,当x>0时,g'(x)<0,函数g(x)在(0,+∞)上单调递减,故g(x)≤g(0)=0成立.(6分)

    (ⅱ)当a>0时,由g′(x)=

    x[2ax+(2a−1)]

    x+1=0,因x∈[0,+∞),所以x=

    1

    2a−1,

    ①若[1/2a−1<0,即a>

    1

    2]时,在区间(0,+∞)上,g'(x)>0,则函数g(x)在(0,+∞)上单调递增,g(x)在[0,+∞)上无最大值(或:当x→+∞时,g(x)→+∞),此时不满足条件;

    ②若[1/2a−1≥0,即0<a≤

    1

    2]时,函数g(x)在(0,

    1

    2a−1)上单调递减,在区间(

    1

    2a−1,+∞)上单调递增,同样g(x)在[0,+∞)上无最大值,不满足条件.(8分)

    (ⅲ)当a<0时,由g′(x)=

    x[2ax+(2a−1)]

    x+1,∵x∈[0,+∞),∴2ax+(2a-1)<0,

    ∴g'(x)<0,故函数g(x)在[0,+∞)上单调递减,故g(x)≤g(0)=0成立.

    综上所述,实数a的取值范围是(-∞,0].(10分)

    (Ⅲ)证明:据(Ⅱ)知当a=0时,ln(x+1)≤x在[0,+∞)上恒成立(11分)

    2n

    (2n−1+1)(2n+1)=2(

    1

    2n−1+1−

    1

    2n+1),

    ∵ln{(1+

    2

    2×3)(1+

    4

    3×5)(1+

    8

    5×9)•…•[1+

    2

    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;数列与不等式的综合.

    考点点评: 本题考查导数知识的运用,考查函数的单调性,考查恒成立问题,考查不等式的证明,考查分类讨论的数学思想,属于中档题.