问题 解答题
已知函数f(x)=ln(x+1)-x
(1)求f(x)的极值;
(2)若x>-1,求证1-
1
x+1
≤ln(x+1)≤x

(3)若函数g(x)=
f(x)+1+x
x
(x>0)
,当g(x)>
k
x+1
恒成立时,求整数k的最大值.
答案

(1)函数f(x)的定义域为(-1,+∞).

f′(x)=

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

当-1<x<0时,f′(x)>0,f(x)单调递增;当x>0时,f′(x)<0,f(x)单调递减,

所以当x=0时f(x)取得极大值f(0)=0,无极小值;

(2)由(1)知,x=0为f(x)唯一的极大值点,也即最大值点,

所以当x>-1时,f(x)≤f(0)=0,即ln(x+1)-x≤0,

所以ln(x+1)≤x;

令g(x)=ln(x+1)+

1
x+1
-1,则g′(x)=
1
x+1
-
1
(x+1)2
=
x
(x+1)2

当-1<x<0时,g′(x)<0,g(x)单调递减;当x>0时,g′(x)>0,g(x)单调递增,

所以x=0是g(x)唯一的极小值点,也即最小值点,

所以g(x)≥g(0)=0,即ln(x+1)+

1
x+1
-1≥0,

所以ln(x+1)≥1-

1
x+1

综上,x>-1时,1-

1
x+1
≤ln(x+1)≤x;

(3)g(x)=

ln(x+1)+1
x
,当x>0时,g(x)>
k
x+1
恒成立,令x=1有k<2[1+ln2].

又k为正整数.则k的最大值不大于3.

下面证明当k=3时,f(x)>

k
x+1
(x>0)恒成立,即证明x>0时(x+1)ln(x+1)+1-2x>0恒成立.

令g(x)=(x+1)ln(x+1)+1-2x,

则g′(x)=ln(x+1)-1.

当x>e-1时,g′(x)>0;当0<x<e-1时,g′(x)<0.

∴当x=e-1时,g(x)取得最小值g(e-1)=3-e>0.

∴当x>0时,(x+1)ln(x+1)+1-2x>0恒成立.

因此正整数k的最大值为3.

名词解释
问答题