问题 解答题
已知函数fn(x)=
ln(x+n)-n
x+n
+
1
n(n+1)
(其中n为常数,n∈N*),将函数fn(x)的最大值记为an,由an构成的数列{an}的前n项和记为Sn
(Ⅰ)求Sn
(Ⅱ)若对任意的n∈N*,总存在x∈R+使
x
ex-1
+a=an
,求a的取值范围;
(Ⅲ)比较
1
en+1+e•n
+fn(en)
与an的大小,并加以证明.
答案

(Ⅰ)fn(x)=

-ln(x+n)+n+1
(x+n)2
,(2分)

令fn′(x)>0,则x<en+1-n.

∴fn(x)在(-n,en+1-n)上递增,在(en+1-n,+∞)上递减.(4分)

∴当x=en+1-n时,fn(x)max=fn(en+1-n)=

1
en+1
+
1
n(n+1)
(5分)

an=

1
en+1
+
1
n(n+1)

Sn=

en-1
en+2-en+1
+
n
n+1
.(6分)

(Ⅱ)∵n≥1,∴en+1递增,n(n+1)递增,

an=

1
en+1
+
1
n(n+1)
递减.

0<ana1=

1
e2
+
1
2

an∈(0,

1
e2
+
1
2
](8分)

g(x)=

x
ex-1
+a,则g(x)=
1-x
ex-1

∴g(x)在(0,1)上递增,在(1,+∞)上递减.

当x→0时,

x
ex-1
→0;

当x→+∞时,

x
ex-1
>0;

又g(1)=1+a,

∴g(x)∈(a,1+a](10分)

由已知得,(a,1+a]⊇(0,

1
e2
+
1
2
],

a≤0
1
e2
+
1
2
≤1+a
1
e2
-
1
2
≤a≤0(11分)

(Ⅲ)

1
en+1+e•n
+fn(en)-an

=

1
en+1+e•n
+
ln(en+n)-n
en+n
+
1
n(n+1)
-
1
en+1
-
1
n(n+1)

=

1
e(en+n)
+
1
en+n
ln
en+n
en
-
1
en+1

=

1
en+n
(
1
e
+ln
en+n
en
-
1
e
en+n
en
)(12分)

t=

en+n
en

g(x)=

ex+x
ex
(x≥1),g(x)=
1-x
ex
≤0∴g(x)在[1,+∞)上递减.

1<g(x)≤1+

1
e

t∈(1,1+

1
e
](13分)

r(t)=

1
e
+lnt-
1
e
t,r(t)=
1
t
-
1
e
>0∴r(t)>r(1)=0(14分)

1
en+n
(
1
e
+ln
en+n
en
-
1
e
en+n
en
)>0

1
en+1+e•n
+fn(en)>an(15分)

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