问题 解答题
已知函数f(x)=lnx,g(x)=
1
2
x2-2x.
(1)设h(x)=f(x+1)-g′(x)(其中g′(x)是g(x)的导函数),求h(x)的最大值;
(2)证明:当0<b<a时,求证:f(a+b)-f(2b)<
b-a
2a

(3)设k∈Z,当x>1时,不等式k(x-1)<xf(x)+3g′(x)+4恒成立,求k的最大值.
答案

(1)h(x)=f(x+1)-g′(x)=ln(x+1)-x+2,x>-1,

所以 h′(x)=

1
x+1
-1=
-x
x+1

当-1<x<0时,h′(x)>0;当x>0时,h′(x)<0.

因此,h′(x)在(-1,0)上单调递增,在(0,+∞)上单调递减.

因此,当x=0时h(x)取得最大值h(0)=2;

(2)证明:当0<b<a时,-1<

b-a
2a
<0,

由(1)知:当-1<x<0时,h(x)<2,即ln(x+1)<x.

因此,有f(a+b)-f(2a)=ln

b+a
2a
=ln(1+
b-a
2a
)<
b-a
2a

(3)不等式k(x-1)<xf(x)+3g′(x)+4化为k<

xlnx+x
x-1
+2

所以k<

xlnx+x
x-1
+2对任意x>1恒成立.

令g(x)=

xlnx+x
x-1
+2,则g′(x)=
x-lnx-2
(x-1)2

令h(x)=x-lnx-2(x>1),则 h′(x)=1-

1
x
=
x-1
x
>0,

所以函数h(x)在(1,+∞)上单调递增.

因为h(3)=1-ln3<0,h(4)=2-2ln2>0,

所以方程h(x)=0在(1,+∞)上存在唯一实根x0,且满足x0∈(3,4).

当1<x<x0时,h(x)<0,即g′(x)<0,当x>x0时,h(x)>0,即g′(x)>0,

所以函数g(x)=

xlnx+x
x-1
+2在(1,x0),上单调递减,在(x0,+∞)上单调递增.

所以[g(x)]min=g(x0)=

x0 (1+lnx0)
x0-1
+2=
x0 (1+x0-2)
x0-1
+2=x0+2∈(5,6).

所以k<[g(x)]min=x0+2∈(5,6).

故整数k的最大值是5.

单项选择题
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