问题 解答题

已知函数f(x)=xlnx,g(x)=x-1.

(Ⅰ)求函数f(x)的单调区间;

(Ⅱ)若对任意正实数x,不等式f(x)≥kg(x)恒成立,求实数k的值;

(Ⅲ)求证:2nlnn!≥(n-1)2(n∈N*).(其中n!=1×2×3×…×(n-1)×n)

答案

(I)由题意可知:定义域:(0,+∞),f'(x)=lnx+1,令f'(x)=0,得x=

1
e
,(1分)
则当x∈(0,
1
e
)时,f′(x)<0,f(x)单调递减;(2分)
当x∈(
1
e
,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增(4分)
(II)令h(x)=xlnx-kx+k,则h′(x)=1+lnx-k,

∴h(x)在(0,ek-1)上是减函数,在(ek-1,+∞)上是增函数,

∴h(x)≥h(ek-1)=k-ek-1

由题意k-ek-1≥0,

令t(k)=k-ek-1,则t′(k)=1-ek-1

∴t(k)在(0,1)上是增函数,在(1,+∞)上是减函数,

∴t(k)≤t(1)=0,

∴k-ek-1≤0,
∴k-ek-1=0,∴k=1.

(III)由(II)得,∀x>1,xlnx>x-1恒成立,∴lnx>

x-1
x
=1-
1
x

令x=k2(k∈N*,k≥2),则2lnk>1-

1
k2
>1-
1
k(k-1)
=1-(
1
k-1
-
1
k
),

取k=2,3,…,n-1,n.并累加得:2lnn!>(n-1)-(1-

1
n
)=
(n-1)2
n

∴2nlnn!>(n-1)2

又当n=1时,2nlnn!=(n-1)2

∴2nlnn!≥(n-1)2(n∈N*).

单项选择题
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