问题 解答题
已知函数f(x)=ax3+bx2在点(3,f(3))处的切线方程为12x+2y-27=0,且对任意的x∈[0,+∞),f'(x)≤kln(x+1)恒成立.
(Ⅰ)求函数f(x)的解析式;
(Ⅱ)求实数k的最小值;
(Ⅲ)求证:1+
1
2
+
1
3
+…+
1
n
<ln(n+1)+2
(n∈N*).
答案

(Ⅰ)将x=3代入直线方程得y=-

9
2

∵点(3,f(3))在函数f(x)=ax3+bx2的图象上,∴27a+9b=-

9
2

由f'(x)=3ax2+2bx,f'(3)=-6,∴27a+6b=-6②

联立①②,解得a=-

1
3
,b=
1
2

f(x)=-

1
3
x3+
1
2
x2

(Ⅱ)由f'(x)=-x2+x,∴对任意的x∈[0,+∞),f'(x)≤kln(x+1)恒成立,

即-x2+x≤kln(x+1)在x∈[0,+∞)上恒成立;

也就是x2-x+kln(x+1)≥0在x∈[0,+∞)恒成立;

设g(x)=x2-x+kln(x+1),g(0)=0,

∴只需对于任意的x∈[0,+∞)有g(x)≥g(0)即可.

g′(x)=2x-1+

k
x+1
=
2x2+x+k-1
x+1
,x∈[0,+∞)

设h(x)=2x2+x+k-1,

(1)当△=1-8(k-1)≤0,即k≥

9
8
时,h(x)≥0,∴g'(x)≥0,∴g(x)在[0,+∞)单调递增,

∴g(x)≥g(0)

(2)当△=1-8(k-1)>0,即k<

9
8
时,设x1
x 2
是方程2x2+x+k-1=0的两根且x1<x2

x1+

x 2
=-
1
2
,可知x1<-
1
2

要使对任意x∈[0,+∞)有g(x)≥g(0),只需

x 2
≤0,

即k-1≥0,∴k≥1,∴1≤k<

9
8

综上分析,实数k的最小值为1.

(Ⅲ)证明:因为当k=1时,有f'(x)≤kln(x+1)恒成立,即-x2+x≤ln(x+1),也就是x≤x2+ln(x+1)在x∈[0,+∞)恒成立;

x=

1
n
,得
1
n
1
n2
+ln(
1
n
+1)=
1
n2
+ln(n+1)-lnn

1+

1
2
+
1
3
+…+
1
n
1+
1
22
+
1
32
+…+
1
n2
+(ln2-ln1)+(ln3-ln2)+…+(ln(n+1)-lnn)

=1+

1
22
+
1
32
+…+
1
n2
+ln(n+1)

<1+

1
1×2
+
1
2×3
+…+
1
(n-1)n
+ln(n+1)

=2-

1
n
+ln(n+1)<2+ln(n+1).

∴原不等式得证.

单项选择题
问答题