问题 解答题
设函数f(x)=1-e-x
(Ⅰ)证明:当x>-1时,f(x)≥
x
x+1

(Ⅱ)设当x≥0时,f(x)≤
x
ax+1
,求a的取值范围.
答案

(1)当x>-1时,f(x)≥

x
x+1
当且仅当ex≥1+x

令g(x)=ex-x-1,则g'(x)=ex-1

当x≥0时g'(x)≥0,g(x)在[0,+∞)是增函数

当x≤0时g'(x)≤0,g(x)在(-∞,0]是减函数

于是g(x)在x=0处达到最小值,因而当x∈R时,g(x)≥g(0)时,即ex≥1+x

所以当x>-1时,f(x)≥

x
x+1

(2)由题意x≥0,此时f(x)≥0

当a<0时,若x>-

1
a
,则
x
ax+1
<0,f(x)≤
x
ax+1
不成立;

当a≥0时,令h(x)=axf(x)+f(x)-x,则

f(x)≤

x
ax+1
当且仅当h(x)≤0

因为f(x)=1-e-x,所以h'(x)=af(x)+axf'(x)+f'(x)-1=af(x)-axf(x)+ax-f(x)

(i)当0≤a≤

1
2
时,由(1)知x≤(x+1)f(x)

h'(x)≤af(x)-axf(x)+a(x+1)f(x)-f(x)

=(2a-1)f(x)≤0,

h(x)在[0,+∞)是减函数,h(x)≤h(0)=0,即f(x)≤

x
ax+1

(ii)当a>

1
2
时,由(i)知x≥f(x)

h'(x)=af(x)-axf(x)+ax-f(x)≥af(x)-axf(x)+af(x)-f(x)=(2a-1-ax)f(x)

当0<x<

2a-1
a
时,h'(x)>0,所以h'(x)>0,所以h(x)>h(0)=0,即f(x)>
x
ax+1

综上,a的取值范围是[0,

1
2
]

单项选择题
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