问题 解答题
已知函数f(x)=
1+lnx
x

(Ⅰ)若函数在区间(a,a+
1
2
)
(其中a>0)上存在极值,求实数a的取值范围;
(Ⅱ)如果当x≥1时,不等式f(x)≥
k
x+1
恒成立,求实数k的取值范围;
(Ⅲ)求证[(n+1)!]2>(n+1)•en-2(n∈N*).
答案

(Ⅰ)因为f(x)=

1+lnx
x
,x>0,则f′(x)=-
lnx
x2

当0<x<1时,f′(x)>0;当x>1时,f′(x)<0.

所以f(x)在(0,1)上单调递增;在(1,+∞)上单调递减,

所以函数f(x)在x=1处取得极大值.

因为函数f(x)在区间(a,a+

1
2
)(其中a>0)上存在极值,

所以

a<1
a+
1
2
>1
,解得
1
2
<a<1

(Ⅱ)不等式f(x)≥

k
x+1

即为

(x+1)(1+lnx)
x
≥k,记g(x)=
(x+1)(1+lnx)
x

所以g′(x)=

[(x+1)(1+lnx)]′x-(x+1)(1+lnx)
x2
=
x-lnx
x2

令h(x)=x-lnx,则h′(x)=1-

1
x
,∵x≥1,∴h′(x)≥0.

∴h(x)在[1,+∞)上单调递增,∴[h(x)]min=h(1)=1>0,

从而g′(x)>0

故g(x)在[1,+∞)上也单调递增,

∴[g(x)]min=g(1)=2,所以k≤2

(3)由(2)知:f(x)>

2
x+1
恒成立,

lnx≥

x-1
x+1
=1-
2
x+1
>1-
2
x

令x=n(n+1),则ln[n(n+1)]>1-

2
n(n+1)

所以ln(1×2)>1-

2
1×2

ln(2×3)>1-

2
2×3
ln(3×4)>1-
2
3×4

ln[n(n+1)]>1-

2
n(n+1)

叠加得:ln[1×22×32×n2×(n+1)]>n-2[

1
1×2
+
1
2×3
+
1
n(n+1)
]

=n-2(1-

1
n+1
)>n-2+
1
n+1
>n-2

则1×22×32×n2×(n+1)>en-2

所以[(n+1)!]2>(n+1)•en-2(n∈N*

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