问题 解答题
设函数f(x)=
lnx
1+x
-lnx+ln(x+1)

(1)求f(x)的单调区间和极值;
(2)是否存在实数a,使得关于x的不等式f(x)≥a的解集为(0,+∞)?若存在,求a的取值范围;若不存在,试说明理由.
答案

(Ⅰ)f′(x)=

1
x(1+x)
-
lnx
(1+x)2
-
1
x
+
1
x+1
=-
lnx
(1+x)2
.(2分)

故当x∈(0,1)时,f'(x)>0,x∈(1,+∞)时,f'(x)<0.

所以f(x)在(0,1)单调递增,在(1,+∞)单调递减.(4分)

由此知f(x)在(0,+∞)的极大值为f(1)=ln2,没有极小值.(6分)

(Ⅱ)(ⅰ)当a≤0时,

由于f(x)=

(1+x)ln(1+x)-xlnx
1+x
=
ln(1+x)+x[ln(1+x)-lnx]
1+x
>0,

故关于x的不等式f(x)≥a的解集为(0,+∞).(10分)

(ⅱ)当a>0时,由f(x)=

lnx
1+x
+ln(1+
1
x
)知f(2n)=
ln2n
1+2n
+ln(1+
1
2n
)
,其中n为正整数,且有ln(1+
1
2n
)<
a
2
1
2n
e
n
2
-1⇔n>-log2(e
n
2
-1)
.(12分)

又n≥2时,

ln2n
1+2n
=
nln2
1+(1+1)n
nln2
n(n-1)
2
=
2ln2
n-1

2ln2
n-1
a
2
⇔n>
4ln2
n
+1.

取整数n0满足n0>-log2(e

n
2
-1),n0
4ln2
a
+1
,且n0≥2,

f(2n0)=

n0ln2
1+2n0
+ln(1+
1
2n0
)<
a
2
+
a
2
=a,

即当a>0时,关于x的不等式f(x)≥a的解集不是(0,+∞).

综合(ⅰ)(ⅱ)知,存在a,使得关于x的不等式f(x)≥a的解集为(0,+∞),且a的取值范围为(-∞,0].

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