设f(x)=
(Ⅰ)判断函数f(x)的单调性; (Ⅱ)是否存在实数a,使得关于x的不等式ln(1+x)<ax在(0,+∞)上恒成立,若存在,求出a的取值范围,若不存在,试说明理由; (Ⅲ)求证:(1+
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证明:(1)∵f(x)=
,(x>0)ln(1+x) x
∴f′(x)=
,
-ln(1+x)x 1+x x2
设g(x)=
-ln(1+x),(x≥0).x 1+x
∴g′(x)=
-1+x-x (1+x)2
=1 1+x
=1-(1+x) (1+x)2
≤0,-x (1+x)2
∴y=g(x)在[0,+∞)上为减函数.
∴g(x)=
-ln(1+x)≤g(0)=0,x 1+x
∴f′(x)=
<0,
-ln(1+x)x 1+x x2
∴函数f(x)=
在(0,+∞)上为减函数.ln(1+x) x
(2)ln(1+x)<ax在(0,+∞)上恒成立,⇔ln(1+x)-ax<0在(0,+∞)上恒成立,
设h(x)=ln(1+x)-ax,则h(0)=0,
∴h′(x)=
-a,1 1+x
若a≥1,则x∈[0,+∞)时,h′(x)=
-a≤0恒成立,1 1+x
∴h(x)=ln(1+x)-ax在[0,+∞)上为减函数
∴ln(1+x)-ax<h(0)=0在(0,+∞)上恒成立,
∴ln(1+x)<ax在(0,+∞)上恒成立,
若a≤0显然不满足条件,
若0<a<1,则h′(x)=
-a=0时,x=1 1+x
-1,1 a
∴x∈[0,
时h'(x)≥0,1 a
∴h(x)=ln(1+x)-ax在[0,
上为增函数,1 a
当x∈[0,
时,h(x)=ln(1+x)-ax>0,1 a
不能使ln(1+x)<ax在(0,+∞)上恒成立,
∴a≥1
(3)由(2)可知
<1在(0,+∞)上恒成立,ln(1+x) x
∴ln(1+x)
<1,即(1+x)1 x
<e,1 x
取
=n,即可证得(1+1 x
)n<e对一切正整数n成立.1 n