已知函数f(x)=ax-
(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=
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(I)函数的导数为f′(x)=a-
,因为函数在x=0处取得极值,所以f'(0)=0,解得a=1.1-ln(1+x) (1+x)2
即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-
,所以an+1=f(an)=an-ln(1+x) 1+x
,下面用数学归纳法证明an>0.ln(1+an) 1+an
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=
,因为an>0,所以an-an+1=ln(1+an) an
>0,即an>an+1.ln(1+an) 1+an
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+1 an+1
<1+1 an
,即1 an+1
<1+an an
,所以1+an+1 an+1
>an 1+an
>0.an+1 1+an+1
所以
=a1⋅a2⋅⋅⋅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
)n.a1 1+a1
所以sn=
+a1 1+a1
+…+a1.a2 (1+a1)(1+a2) a1.a2…an (1+a1)(1+a2)…(1+an)
<(
)+(a1 1+a1
)2+…+(a1 1+a1
)n=a1 1+a1
<
[1-(a1 1+a1
)n]a1 1+a1 1- a1 1+a1
=a1=1a1 1+a1 1- a1 1+a1
所以sn<1.