试题与答案

已知f(x)=ln(x+1).(1)若g(x)=14x2-x+f(x),求g(x

题型:解答题

题目:

已知f(x)=ln(x+1).
(1)若g(x)=
1
4
x2-x+f(x)
,求g(x)在[0,2]上的最大值与最小值;
(2)当x>0时,求证
1
1+x
<f(
1
x
)<
1
x

(3)当n∈N+且n≥2时,求证:
1
2
+
1
3
+
1
4
+…+
1
n+1
<f(n)<1+
1
2
+
1
3
+…+
1
n

答案:

(1)g(x)=

1
4
x2-x+ln(x+1),g′(x)=
1
2
x-1+
1
x+1
=
x(x-1)
2(x+1)

∴g(x)在[0,1]上单调减,在[1,2]上单调增

∵g(0)=0,g(1)=-

3
4
+ln2,g(2)=-1+ln3

∴g(x)在[0,2]上的最大值为-1+ln3,最小值为0

(2)证明:函数的定义域为(-1,+∞)

构造函数h(x)=f(x)-x,∴h′(x)=

1
x+1
-1=
-x
x+1

∴函数在(-1,0)上单调增,在(0,+∞)上单调减

∴在x=0处,函数取得极大值,也是最大值

∴h(x)≤h(0)=0

∴f(x)-x≤0

∵x>0,∴f(

1
x
)<
1
x

构造函数φ(x)=f(x)-

x
1+x
,∴φ′(x)=
x
(x+1)2

∴函数在(-1,0)上单调减,在(0,+∞)上单调增

∴在x=0处,函数取得极小,也是最小值

∴φ(x)≥φ(0)=0

∴f(x)-

x
1+x
≥0

∵x>0,∴

1
1+x
<f(
1
x
)

1
1+x
<f(
1
x
)<
1
x

(3)证明:∵f(x)=ln(x+1),∴f(n)-f(n-1)=f(

1
n

由(2)知:

1
1+n
<f(
1
n
)<
1
n

1
1+n
<f(n)-f(n-1)<
1
n

1
1+1
<f(1)-f(0)<1,
1
1+2
<f(2)-f(1)<
1
2
1
1+3
<f(3)-f(3-1)<
1
3
,…,
1
1+n
<f(n)-f(n-1)<
1
n

叠加可得:

1
2
+
1
3
+
1
4
+…+
1
n+1
<f(n)<1+
1
2
+
1
3
+…+
1
n

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[ ]

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