问题 解答题
设函数f(x)=
1
3
ax3+
1
2
bx2+cx(a,b,c∈R,a≠0)
的图象在点(x,f(x))处的切线的斜率为k(x),且函数g(x)=k(x)-
1
2
x
为偶函数.若函数k(x)满足下列条件:①k(-1)=0;②对一切实数x,不等式k(x)≤
1
2
x2+
1
2
恒成立.
(Ⅰ)求函数k(x)的表达式;
(Ⅱ)求证:
1
k(1)
+
1
k(2)
+…+
1
k(n)
2n
n+2
(n∈N*).
答案

(Ⅰ)由已知得:k(x)=f'(x)=ax2+bx+c.…(1分)

g(x)=k(x)-

1
2
x为偶函数,得g(x)=ax2+bx+c-
1
2
x
为偶函数,显然有b=
1
2
.…(2分)

又k(-1)=0,所以a-b+c=0,即a+c=

1
2
.…(3分)

又因为k(x)≤

1
2
x2+
1
2
对一切实数x恒成立,

即对一切实数x,不等式(a-

1
2
)x2+
1
2
x+c-
1
2
≤0恒成立.…(4分)

显然,当a=

1
2
时,不符合题意.…(5分)

a≠

1
2
时,应满足
a-
1
2
<0
△=
1
4
-4(a-
1
2
)(c-
1
2
)≤0

注意到a+c=

1
2
,解得a=c=
1
4
.…(7分)  所以k(x)=
1
4
x2+
1
2
x+
1
4
. …(8分)

(Ⅱ)证明:因为k(n)=

n2+2n+1
4
=
(n+1)2
4
,所以
1
k(n)
=
4
(n+1)2
.…(9分)

要证不等式

1
k(1)
+
1
k(2)
+…+
1
k(n)
2n
n+2
成立,

即证

1
22
+
1
32
+…+
1
(n+1)2
n
2n+4
.…(10分)

因为

1
(n+1)2
1
(n+1)(n+2)
=
1
n+1
-
1
n+2
,…(12分)

所以

1
22
+
1
32
+…+
1
(n+1)2
1
2
-
1
3
+
1
3
-
1
4
+…+
1
n+1
-
1
n+2
=
1
2
-
1
n+2
=
n
2n+4

所以

1
k(1)
+
1
k(2)
+…+
1
k(n)
2n
n+2
成立.…(14分)

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