问题 解答题
设函数f(x)=x-(x+1)ln(x+1)(x>-1).
(Ⅰ)求f(x)的单调区间;
(Ⅱ)试通过研究函数g(x)=
ln(1+x)
x
(x>0)的单调性证明:当n>m>0时,(1+n)m<(1+m)n
(Ⅲ)证明:当n>2013,且x1,x2,x3,…,xn均为正实数,x1+x2+x3+…+xn=1 时,(
x21
1+x1
+
x22
1+x2
+
x23
1+x3
+…+
x2n
1+xn
)
1
n
(
1
2014
)
1
2013
答案

(Ⅰ)由f(x)=x-(x+1)ln(x+1)(x>-1)有f′(x)=-ln(x+1),…(1分)

当-1<x<0,即f′(x)>0时,f(x)单调递增;

当x>0,即f′(x)<0时,f(x)单调递减;

所以f(x)的单调递增区间为(-1,0),单调递减区间为(0,+∞).      …(3分)

(Ⅱ)设g(x)=

ln(1+x)
x
(x>0),则g′(x)=
x-(1+x)ln(1+x)
x2(1+x)
,…(5分)

由(Ⅰ)知f(x)=x-(x+1)ln(x+1)在(0,+∞)上是减函数,且f(0)=0,

∴g′(x)<0在在(0,+∞)恒成立,从而得到函数g(x)在(0,+∞)上是减函数,

又当n>m>0时,∴g(n)<g(m),得

ln(1+n)
n
ln(1+m)
m

∴mln(n+1)<nln(m+1),即:(1+n)m<(1+m)n.…(8分)

(Ⅲ)由x1+x2+x3+…+xn=1,及柯西不等式:

(

x21
1+x1
+
x22
1+x2
+
x23
1+x3
+…+
x2n
1+xn
) (1+n)

≥(

x21
1+x1
 
1+x1
+
x22
1+x2
 
1+x2
+
x23
1+x3
 
1+x3
+…+
x2n
1+xn
 
1+xn
)2
2

=(x1+x2+x3+…+xn2=1,

所以(

x21
1+x1
+
x22
1+x2
+
x23
1+x3
+…+
x2n
1+xn
) 
1
1+n

(

x21
1+x1
+
x22
1+x2
+
x23
1+x3
+…+
x2n
1+xn
)
1
n
(
1
1+n
)
1
n
 
.…(11分)

又n>2013,由(Ⅱ)可知(1+n)2013 <(1+2013)n 

(1+n)  

1
n
<(1+2013) 
1
2013
,即(
1
1+n
)
1
n
>(
1
2014
)
1
2013

(

x21
1+x1
+
x22
1+x2
+
x23
1+x3
+…+
x2n
1+xn
)
1
n
(
1
1+n
)
1
n
>(
1
2014
)
1
2013

(

x21
1+x1
+
x22
1+x2
+
x23
1+x3
+…+
x2n
1+xn
)
1
n
>(
1
2014
)
1
2013
.…(14分)

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