问题 解答题
f(x)=
ln(1+x)
x
(x>0)

(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+
1
n
)n<e,n∈N*
(其中e为自然对数的底数).
答案

证明:(1)∵f(x)=

ln(1+x)
x
,(x>0)

f′(x)=

x
1+x
-ln(1+x)
x2

g(x)=

x
1+x
-ln(1+x),(x≥0).

g′(x)=

1+x-x
(1+x)2
-
1
1+x
=
1-(1+x)
(1+x)2
=
-x
(1+x)2
≤0,

∴y=g(x)在[0,+∞)上为减函数.

g(x)=

x
1+x
-ln(1+x)≤g(0)=0,

f′(x)=

x
1+x
-ln(1+x)
x2
<0,

∴函数f(x)=

ln(1+x)
x
在(0,+∞)上为减函数.

(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)=

1
1+x
-a,

若a≥1,则x∈[0,+∞)时,h′(x)=

1
1+x
-a≤0恒成立,

∴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)=

1
1+x
-a=0时,x=
1
a
-1

x∈[0,

1
a
  时h'(x)≥0,

∴h(x)=ln(1+x)-ax在[0,

1
a
  上为增函数,

x∈[0,

1
a
  时,h(x)=ln(1+x)-ax>0,

不能使ln(1+x)<ax在(0,+∞)上恒成立,

∴a≥1

(3)由(2)可知

ln(1+x)
x
<1在(0,+∞)上恒成立,

ln(1+x)

1
x
<1,即(1+x)
1
x
<e

1
x
=n,即可证得(1+
1
n
)n<e
对一切正整数n成立.

单项选择题
多项选择题