问题 解答题
已知函数f(x)=elnx,g(x)=e-1•f(x)-(x+1).(e=2.718…)
(1)求函数g(x)的极大值;
(2 )求证:1+
1
2
+
1
3
+…+
1
n
>ln(n+1)(n∈N*)

(3)对于函数f(x)与h(x)定义域上的任意实数x,若存在常数k,b,使得f(x)≤kx+b和h(x)≥kx+b都成立,则称直线y=kx+b为函数f(x)与h(x)的“分界线”.设函数h(x)=
1
2
x2
,试探究函数f(x)与h(x)是否存在“分界线”?若存在,请加以证明,并求出k,b的值;若不存在,请说明理由.
答案

(Ⅰ)∵g(x)=

1
e
•f(x)-(x+1)=lnx-(x+1),∴g(x)=
1
x
-1(x>0)
.(1分)

令g′(x)>0,解得:0<x<1,令g′(x)<0,解得:x>1,(2分)

∴函数g(x)在(0,1)上递增,(1,+∞)上递减,∴g(x)极大=g(1)=-2.(4分)

(Ⅱ)证明:由(1)知x=1是函数g(x)极大值点,也是最大值点,∴g(x)≤g(1)=-2,

即lnx-(x+1)≤-2⇒lnx≤x-1,(当且仅当x=1时等号成立)(5分)

令t=x-1得:t≥ln(t+1),取t=

1
n
(n∈N*),

1
n
>ln(1+
1
n
)=ln(
n+1
n
),(7分)

1>ln2,

1
2
>ln
3
2
1
3
>ln
4
3
1
n
>ln(
n+1
n
),

迭加得1+

1
2
+
1
3
++
1
n
>ln[2•
3
2
4
3
n+1
n
]=ln(n+1)(8分)

(Ⅲ)设F(x)=h(x)-f(x)=

1
2
x2-elnx(x>0),

F(x)=x-

e
x
=
x2-e
x
=
(x+
e
)(x-
e
)
x

∴当0<x<

e
时,F′(x)<0,函数F(x)单调递减;

x>

e
时,F′(x)>0,函数F(x)单调递增.

x=

e
是函数F(x)的极小值点,也是最小值点,∴F(x)min=F(
e
)=
1
2
e

∴函数f(x)与h(x)的图象在x=

e
处有公共点(
e
1
2
e)
.(9分)

设f(x)与h(x)存在“分界线”且方程为:y-

1
2
e=k(x-
e
).

令函数u(x)=kx+

1
2
e-k
e

ⅰ)由h(x)≥u(x)⇒

1
2
x2≥kx+
1
2
e-k
e
在x∈R恒成立,

x2-2kx-e+2k

e
≥0在R上恒成立,

△=4k2+4e-8k

e
=4(k-
e
)2≤0成立,

k=

e
,故u(x)=
e
x-
1
2
e
.(11分)

ⅱ)下面再证明:f(x)≤u(x)⇒elnx≤

e
x-
1
2
e(x>0)恒成立.

φ(x)=elnx-

e
x+
1
2
e,则φ(x)=
e
x
-
e
=
e-
e
x
x

∴当0<x<

e
时,φ′(x)>0,函数φ(x)单调递增;当x>
e
时,φ′(x)<0.函数φ(x)单调递减.

x=

e
时φ(x)取得最大值0,则φ(x)≤
e
x-
1
2
e
(x>0)成立.(13分)

综上ⅰ)和ⅱ)知:f(x)≤

e
x-
1
2
e且h(x)≥
e
x-
1
2
e

故函数f(x)与h(x)存在分界线为y=

e
x-
1
2
e,此时k=
e
,b=-
1
2
e
.(14分)

另令f(x)=h(x),则

1
2
x2=elnx,探究得两函数图象的交点为(
e
1
2
e)

设存在“分界线”且为:y-

1
2
e=k(x-
e
),令函数u(x)=kx+
1
2
e-k
e

再证:h(x)-u(x)≥0恒成立;f(x)-u(x)≤0恒成立证法同上ⅰ)和ⅱ.

填空题
单项选择题 A1/A2型题