问题 解答题
(理)已知函数f(x)=x2+aln(x+1).
(1)若函数f(x)在定义域内既有极大值又有极小值,求实数a的取值范围;
(2)证明:a=1时,对于任意的x1,x2∈[1,+∞),且x1≠x2,都有
f(x1)-f(x2)
x1-x2
5
2

(3)是否存在最小的正整数N,使得当n≥N时,不等式ln
n+1
n
n-1
n3
恒成立.
答案

(1)∵函数f(x)在定义域内既有极大值又有极小值,

f(x)=2x+

a
x+1
=
2x2+2x+a
x+1
=0在(-1,+∞)有两个不等实根,

即2x2+2x+a=0在(-1,+∞)有两个不等实根,…(2分)

设F(x)=2x2+2x+a,则

△=4-8a>0
F(-1)>0

解之得0<a<

1
2
;             …(4分)

证明:(2)a=1时,f(x)=x2+ln(x+1),

g(x)=f(x)-

5
2
x=x2+ln(x+1)-
5
2
x(x≥1),…(6分)

g(x)=2x+

1
x+1
-
5
2
=
4x2-x-3
2(x+1)
=
(4x+3)(x-1)
2(x+1)

当x≥1时,g′(x)≥0,所以函数g(x)在[1,+∞)上是增函数.              …(8分)

由已知,不妨设1≤x1<x2<+∞,则g(x1)<g(x2),

所以f(x1)-

5
2
x1<f(x2)-
5
2
x2,即
f(x1)-f(x2)
x1-x2
5
2
;                 …(10分)

(3)令函数h(x)=x3-x2+ln(x+1),…(12分)

h(x)=3x2-2x+

1
x+1
=
3x3+(x-1)2
x+1

当x∈[0,+∞)时,h′(x)>0,函数h(x)在[0,+∞)上单调递增.            …(14分)

又h(0)=0,所以当x∈(0,+∞)时,恒有h(x)>h(0)=0,即ln(x+1)>x2-x3恒成立.

x=

1
n
∈(0,+∞),则有ln(
1
n
+1)>
1
n2
-
1
n3
恒成立,

故存在最小的正整数N=1,使得当n≥N时,不等式ln

n+1
n
n-1
n3
恒成立.…(16分)

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