问题 解答题
已知函数f(x)=ax-
ln(1+x)
1+x
在x=0处取得极值.
(I)求实数a的值,并判断,f(x)在[0,+∞)上的单调性;
(Ⅱ)若数列{an}满足a1=1,an+1=f(an),求证:0<an+1<an≤l;
(Ⅲ)在(II)的条件.下,记sn=
a1
1+a1
+
a1a2
(1+a1)(1+a2)
+…+
a1a2an
(1+a1)(1+a2)…(1+an)
,求证:sn<1.
答案

(I)函数的导数为f′(x)=a-

1-ln⁡(1+x)
(1+x)2
,因为函数在x=0处取得极值,所以f'(0)=0,解得a=1.

f′(x)=1-

1-ln⁡(1+x)
(1+x)2
=
(1+x)2-1+ln⁡(1+x)
(1+x)2
=
x2+x+ln⁡(1+x)
(1+x)2

因为x≥0,所以ln(1+x)≥0,x2+x≥0,所以此时f'(x)≥0,即函数在[0,+∞)上单调递增.

(Ⅱ)  由(I)知f(x)=x-

ln⁡(1+x)
1+x
,所以an+1=f(an)=an-
ln⁡(1+an)
1+an
,下面用数学归纳法证明an>0.

①当n=1时,an=1>0,成立.

②假设当n=k,(n∈N•)时ak>0.因为函数f(x)在[0,+∞)上单调递增,所以f(ak)>f(0)=0,所以an+1=f(an)>0成立.

综上an>0.又an-an+1=

ln⁡(1+an)
an
,因为an>0,所以an-an+1=
ln⁡(1+an)
1+an
>0
,即an>an+1

而a1=1,所以0<an+1<an≤l成立.

所以由①②可知0<an+1<an≤l成立.

(Ⅲ)由(II)知,0<an+1<an≤l,所以

1
an
1
an+1
1+
1
an
<1+
1
an+1
,即
1+an
an
1+an+1
an+1
,所以
an
1+an
an+1
1+an+1
>0

所以

a1a2⋅⋅⋅an
(1+a1)(1+a2)⋅⋅⋅(1+an)
=
a1
1+a1
a2
1+a2
⋅⋅⋅
an
1+an
a1
1+a1
a1
1+a1
⋅⋅⋅
a1
1+a1
=(
a1
1+a1
)
n

所以sn=

a1
1+a1
+
a1a2
(1+a1)(1+a2)
+…+
a1a2an
(1+a1)(1+a2)…(1+an)

<(

a1
1+a1
)+(
a1
1+a1
)
2
+…+(
a1
1+a1
)
n
=
a1
1+a1
[1-(
a1
1+a1
)
n
]
1-
a1
1+a1
a1
1+a1
1-
a1
1+a1
=a1=1

所以sn<1.

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