问题 解答题
已知函数f(x)=x-ln(x+a).(a是常数)
(Ⅰ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)当y=f(x)在x=1处取得极值时,若关于x的方程f(x)+2x=x2+b在[0.5,2]上恰有两个不相等的实数根,求实数b的取值范围;
(Ⅲ)求证:当n≥2,n∈N+(1+
1
22
)(1+
1
32
)…(1+
1
n2
)<e
答案

(Ⅰ)由已知由函数f(x)的定义域为x>-a,f′(x)=1-

1
x+a
=
x+a-1
x+a

∵-a<-a+1,

∴由f'(x)>0,得x>-a+1,

由f'(x)<0,得-a<x<-a+1,

所以函数f(x)的减区间为(-a,-a+1),增区间为(-a+1,+∞).(4分)

(II)由题意,得f'(1)=0,

∴a=0.(5分)

∴由(Ⅰ)知f(x)=x-lnx,

∴f(x)+2x=x2+b,即x-lnx+2x=x2+b,

∴x2-3x+lnx+b=0,

设g(x)=x2-3x+lnx+b(x>0),

则g'(x)=2x-3+

1
x
=
2x2-3x+1
x
=
(2x-1)(x-1)
x

x∈[

1
2
,2]变化时,g'(x),g(x)的变化情况如下表:(6分)

∵方程f(x)+2x=x2+b在[0.5,2]上恰有两个不相等的实数根,

g(
1
2
)≥0
g(1)<0
g(2)≥0
,∴
b-
5
4
-ln2≥0
b-2<0
g(2)≥0

5
4
+ln2≤b<2,即b∈[
5
4
ln2,2)
.(8分)

(III)由(I)和(II)可知当a=0,x∈[

1
2
,+∞)时,f(x)≥f(1),

即lnx≤x-1,

∴当x>1时,lnx<x-1.(10分)

x=1+

1
n2
(n≥2,n∈N*),

ln(1+

1
n2
)<
1
n2

所以当n≥2,n∈N*时,

ln(1+

1
22
)+ln(1+
1
32
)+…+ln(1+
1
n2
)<
1
22
+
1
32
++
1
n2
1
1×2
+
1
2×3
++
1
n×(n-1)
=1-
1
n
<1

ln(1+

1
22
)(1+
1
32
)(1+
1
n2
)<1,

(1+

1
22
)(1+
1
32
)(1+
1
n2
)<e.(12分)

单项选择题
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