问题 解答题

已知函数f(x)=(1+x)n(x>-1,n∈N*)在点(0,1)处的切线L为y=g(x)

(Ⅰ)求切线L并判断函数f(x)在x∈(-1,+∞)上的单调性;

(Ⅱ)求证:f(x)≥g(x)对任意的x∈(-1,+∞)都成立;

(Ⅲ)求证:已知m,n∈N*,Sm=1m+2m+…+nm,求证:nm+1<(m+1)Sm

答案

(Ⅰ)f′(0)=n,所以:y-1=n(x-0)⇒g(x)=nx+1,f′(x)=n(1+x)n-1

∵x>-1,

∴f′(x)>0,所以f(x)在(-1,+∞)上单调递增;-(4分)

(Ⅱ)要证:(1+x)n≥1+nx(x>-1,n∈N*)有三条可能的路径:

(1)二项式定理展开比较法(不难得证);

(2)数学归纳法(可参见选修4-5的贝努力不等式)

(3)构造新函数法:要证:(1+x)n≥1+nx(x>-1,n∈N*),

把n当成常数,把x当成变量,构造函数h(x)=(1+x)n-nx-1,

h′(x)=n(x+1)n-1-n=n[(x+1)n-1-1]--------------------------------(5分)

①n=1时,h(x)=0满足题意------------------------------------(6分)

②n≥2时,由(Ⅰ)知y=(x+1)n-1在(-1,+∞)上单调递增,

h′(x)>0⇔(x+1)n-1>1=(0+1)n-1⇔x>0

所以h(x)在(-1,0)上单调递减;(0,+∞)上单调递增,

所以h(x)≥h(0)=0,即f(x)≥g(x)对任意的x∈(-1,+∞)都成立-------(8分)

构造左n项右n项

(Ⅲ)要证:nm+1<(m+1)(1m+2m+…+nm),

只需证:(1m+1-0m+1)+(2m+1-1m+1)+…+(nm+1-(n-1)m+1)<(m+1)(1m+2m+…+nm),

只需证:(nm+1-(n-1)m+1)<(m+1)nm

只需证:n-(1-

1
n
)m(n-1)<m+1,只需证:n-m-1<(1-
1
n
)
m
(n-1),

(1-

1
n
)m(n-1)>(1-
m
n
)(n-1)=n-1-m+
m
n
>n-1-m成立,

所以nm+1<(m+1)(1m+2m+…+nm)成立.-----------------------------------------------------(14分)

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