- 反证法与放缩法
- 共409题
已知常数a>0,n为正整数,fn(x)=xn-(x+a)n(x>0)是关于x的函数,
(1)判定函数fn(x)的单调性,并证明你的结论;
(2)对任意n≥a,证明fn+1′(n+1)<(n+1)fn′(n)。
正确答案
解:(1)fn′(x)=nxn-1-n(x+a)n-1=n[xn-1-(x+a)n-1],
∵a>0,x>0,
∴fn′(x)<0,
∴fn(x)在(0,+∞)单调递减。
(2)由上知:当x>a>0时,fn(x)=xn-(x+a)n是关于x的减函数,
∴当n≥a时,有:(n+1)n-(n+1+a)n≤nn-(n+a)n,
又∵fn+1′(x)=(n+1)[xn-(x+a)n],
∴fn+1′(n+1)=(n+1)[(n+1)n-(n+1+a)n]<(n+1)[nn-(n+a)n]
=(n+1)[nn-(n+a)(n+a)n-1]
(n+1)fn′(n)=(n+1)n[nn-1-(n+a)n-1]=(n+1)[nn-n(n+a)n-1],
∵(n+a)>n,
∴fn+1′(n+1)<(n+1)fn′(n)。
已知函数f(x)=ex-ln(x+1)。(e是自然对数的底数)
(1)判断f(x)在[0,+∞)上是否是单调函数,并写出f(x)在该区间上的最小值;
(2)证明:(n∈N*)。
正确答案
解:(1)∵,
令,
∴g(x)在[0,+∞)单增,g(x)≥g(0)=0,
∴f(x)在[0,+∞)单增,所以最小值为f(0)=1;
(2)由(1)知当x=0时,f(x)取得最小值,即f(x)≥f(0)=1,
∴,即
,
取,则
,
于是
…
相加得,故得证。
设函数f(x)=x2+ax+2lnx,a∈R,已知函数f(x)在x=1处有极值,
(1)求实数a的值;
(2)当x∈[,e](其中e是自然对数的底数)时,证明:e(e-x)(e+x-6)+4≥x4;
(3)证明:对任意的n>1,n∈N*,不等式恒成立。
正确答案
解:(1)由题知f′(x)=x+a+的一个根为1,
∴f′(1)=0,
∴1+a+2=0,即a=-3;
(2),
∴,
由f′(x)=,解得x>2或0<x<1,
由f′(x)=,解得1<x<2,
,
∴函数f(x)的单调递增区间为、(2,e),单调递减区间为(1,2),
∴当时,f(x)的极大值为
,
又,
,
∴当时,
,
∴,
即e2-6e+4≥x2-6x+4lnx,
即e2-x2+6x-6e+4≥41nx,
即(e-x)(e+x-6)+4≥4lnx,
即,
∴。
(3)由(2)可知,函数f(x)的单调递减区间为(1,2),单调递增区间为(2,+∞),
∴当x∈(1,+∞)时,函数f(x)在x=2处取得最小值2ln2-4,
∴,
即,
∴,
∴,
,
……
,
把上述各式相加,变形得:
,
即
,
∴对任意的n>1,n∈N*,不等式恒成立。
已知函数f(x)=ln(1+x2)+ax(a≤0),
(1)若f(x)在x=0处取得极值,求a的值;
(2)讨论f(x)的单调性;
(3)证明:(n∈N*,e为自然对数的底数)。
正确答案
解:(1),
∵x=0是f(x)的一个极值点,
则,
∴a=0,验证知a=0符合条件;
(2),
1)若a=0时,
∴f(x)在上单调递增,在(-∞,0)单调递减;
2)若,得当a≤-1时,
对x∈R恒成立,
∴f(x)在R上单调递减;
3)若-1<a<0时,由,
∴,
再令,可得
,
∴上单调递增,
在上单调递减;
综上所述,若a≤-1时,f(x)在上单调递减;
若-1<a<0时,上单调递增,
在上单调递减;
若a=0时,f(x)在上单调递增,在(-∞,0)单调递减。
(3)由(2)知,当a=-1时,f(x)在上单调递减,
当x∈时,由
,
∴,
∴
,
∴。
已知f(x)=lnx,g(x)=x2+mx+
(m<0),直线l与函数f(x)、g(x)的图象都相切,且与函数f(x)的图象的切点的横坐标为1.
(Ⅰ)求直线l的方程及m的值;
(Ⅱ)若h(x)=f(x+1)-g'(x),求函数h(x)的最大值;
(Ⅲ)求证:对任意正整数n,总有ln(1+)+ln(1+
)+…+ln(1+
)<1-
.
正确答案
(Ⅰ)依题意知直线l的斜率k=f′(1)==1,
∵f(1)=0,故直线l与函数f(x)的图象的切点坐标是(1,0),
∴直线l的方程为y=x-1;
又∵直线l与g(x)的图象也相切,
∴由得x2+2(m-1)x+9=0,
令△=(m-1)2-9=0,∵m<0
∴解得m=-2;
(II)∵g'(x)=x+m=x-2,
∴h(x)=f(x+1)-g'(x)=ln(x+1)-x+2,
∴h′(x)=-1=
,
令h'(x)>0,解得-1<x<0,令h'(x)<0,解得x<-1(舍去)或x>0,
∴h(x)在(-1,0)上单调递增,在(0,+∞)上单调递减,
∴当x=0时,h(x)取得最大值h(0)=2;
(Ⅲ)∵由(II)知:当x>-1时,h(x)≤2,即ln(x+1)-x+2≤2,
∴当x>-1时,ln(1+x)≤x,当且仅当x=0时等号成立,
∵>0,故ln(1+
)<
,
∴ln(1+)+ln(1+
)+…+ln(1+
)<
+
+…+
=
=1-
.
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