问题 解答题
已知函数f(x)=ex-ax(e为自然对数的底数).
(Ⅰ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)如果对任意x∈[2,+∞),不等式f(x)>x+x2恒成立,求实数a的取值范围;
(Ⅲ)设n∈N*,求证:(
1
n
n+(
2
n
n+(
3
n
n+…+(
n
n
n
e
e-1
答案

(Ⅰ)∵f′(x)=ex-a,

当a≤0时,f′(x)>0,得函数f(x)在(-∞,+∞)上是增函数.

当a>0时,若x∈(lna,+∞),f′(x)>0,得函数f(x)在(lna,+∞)上是增函数;

若x∈(-∞,lna),f′(x)<0,得函数f(x)在(-∞,lna)上是减函数.

综上所述,当a≤0时,函数f(x)的单调递增区间是(-∞,+∞);当a>0时,函数f(x)的单调递增区间是(lna,+∞),单调递减区间是(-∞,lna).

(Ⅱ)由题意知:不等式ex-ax>x+x2对任意x∈[2,+∞)成立,即不等式a<

ex-x2-x
x
对任意x∈[2,+∞)成立.

设g(x)=

ex-x2-x
x
(x≥2),则g′(x)=
(x-1)ex-x2
x2

再设h(x)=(x-1)ex-x2,得h′(x)=x(ex-2).

由x≥2,得h′(x)>0,即h(x)在[2,+∞)上单调递增,

∴h(x)≥h(2)=e2-4>0,进而g′(x)=

h(x)
x2
>0,

∴g(x)在[2,+∞)上单调递增,∴g(x)min=g(2)=

e2
2
-3,

∴a<

e2
2
-3,即实数a的取值范围是(-∞,
e2
2
-3).

(Ⅲ)由(Ⅰ)知,当a=1时,f(x)在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增.

∴f(x)≥f(0)=1,即ex-x≥1,整理得1+x≤ex

令x=-

i
n
(n∈N*,i=0,1,2,…,n-1),则0<1-
i
n
e-
i
n
,即(1-
i
n
)n
≤e-i

(

n
n
)n≤e0(
n-1
n
)n
≤e-1(
n-2
n
)n
≤e-2,…,(
1
n
)n
≤e-(n-1)

(

n
n
)n+(
n-1
n
)n
+(
n-2
n
)n
+(
n-3
n
)n
+…+(
1
n
)n
≤e0+e-1+e-2+e-3+…+e-(n-1)=
1-e-n
1-e-1
=
e(1-e-n)
e-1
e
e-1

故不等式:(

1
n
n+(
2
n
n+(
3
n
n+…+(
n
n
n
e
e-1
(n∈N*)成立.

选择题
名词解释