问题 解答题
已知函数f(x)=
1+lnx
x
 
(1)求函数f(x)的极值;
(2)如果当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  (n∈N*).
答案

(1)因为f(x)=

1+lnx
x
,x>0,则f′(x)=-
lnx
x2

当0<x<1时,f′(x)>0;当x>1时,f′(x)<0.

所以f(x)在(0,1)上单调递增;在(1,+∞)上单调递减,

所以函数f(x)在x=1处取得极大值f(1)=1,无极小值.

(2)不等式f(x)≥

k
x+1
,即为
(x+1)(1+lnx)
x
≥k

记g(x)=

(x+1)(1+lnx)
x
,则g′(x)=
[(x+1)(1+lnx)]′x-(x+1)(1+lnx)
x2
=
x-lnx
x2

令h(x)=x-lnx,则h′(x)=1-

1
x

∵x≥1,∴h′(x)≥0,∴h(x)在[1,+∞)上单调递增,

∴[h(x)]min=h(1)=1>0,从而g′(x)>0,故g(x)在[1,+∞)上也单调递增,

所以[g(x)]min=g(1)=2,

所以k≤2,即实数k的取值范围是(-∞,2].

(3)由(2)知:f(x)≥

2
x+1
恒成立,即lnx≥
x-1
x+1
=1-
2
x+1
>1-
2
x

令x=n(n+1),则ln[n(n+1)]>1-

2
n(n+1)

所以ln(1×2)>1-

2
1×2
,ln(2×3)>1-
2
2×3
,ln(3×4)>1-
2
3×4
,…,ln[n(n+1)]>1-
2
n(n+1)

叠加得:ln[1×22×32×…×n2(n+1)]>n-2[

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

则1×22×32×…×n2(n+1)>en-2

所以[(n+1)!]2>(n+1)en-2(n∈N*).

论述题
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