问题 解答题
已知函数f(x)=
1+1nx
x

(1)若函数f(x)在区间(a,a+
1
3
)(a>0)
上存在极值点,求实数a的取值范围;
(2)知果当x≥1时,不等式f(x)≥
k
x+1
恒成立,求实数k的取值范围;
(3)求证:[(n+1)!]2>(n+1)en-2+
2
n+1
,这里n∈N*,(n+1)!=1×2×3×…×(n+1),e为自然对数的底数.
答案

(1)函数f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=

1
x
•x-(1+lnx)•1
x2
=-
lnx
x2

f′(x)>0⇔lnx<0⇔0<x<1,

f′(x)<0⇔lnx>0⇔x>1,

所以f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,函数f(x)在x=1处取得唯一的极值,

由题意,a>0,且a<1<a+

1
3
,解得
2
3
<a<1,

所以实数a的取值范围为

2
3
<a<1;

(2)当x≥1时,f(x)≥

k
x+1
1+lnx
x
k
x+1
⇔k≤
(x+1)(1+lnx)
x

令g(x)=

(x+1)(1+lnx)
x
(x≥1),由题意,k≤g(x)在[1,+∞)上恒成立,

g′(x)=

[(x+1)(1+lnx)]′•x-(x+1)(1+lnx)
x2
=
x-lnx
x2

令h(x)=x-lnx(x≥1),则h′(x)=1-

1
x
≥0,当且仅当x=1时取等号,

所以h(x)=x-lnx在[1,+∞)上单调递增,h(x)≥h(1)=1>0,

因此g′(x)=

h(x)
x2
>0,g(x)在[1,+∞)上单调递增,g(x)min=g(1)=2,

所以k≤2;

(3)由(2),当x≥1时,f(x)≥

2
x+1
,即
1+lnx
x
2
x+1

从而lnx≥1-

2
x+1
>1-
2
x

令x=k(k+1),k∈N+,则有ln[k(k+1)]>1-

2
k(k+1)

分别令k=1,2,3,…,n(n≥2)则有ln(1×2)>1-

2
1×2
,ln(2×3)>1-
2
2×3
,…,

ln[n(n-1)]>1-

2
(n-1)n
,ln[n(n+1)]>1-
2
n(n+1)

将这个不等式左右两端分别相加,则得,

ln[1×22×32×…×n2(n+1)]>n-2[

1
1×2
+
1
2×3
+…+
1
n(n+1)
]=n-2+
2
n+1

故1×22×32×…×n2(n+1)>en-2+

2
n+1
,从而[(n+1)!]2>(n+1)en-2+
2
n+1

当n=1时,不等式显然成立;

所以∀n∈N+[(n+1)!]2>(n+1)en-2+

2
n+1

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