问题 解答题
已知函数f(x)=
1+ln(x+1)
x
.(x>0)
(1)函数f(x)在区间(0,+∞)上是增函数还是减函数?证明你的结论;
(2)若当x>0时,f(x)>
k
x+1
恒成立,求正整数k的最大值.
答案

(1)函数f(x)=

1+ln(x+1)
x

∴f′(x)=

1
x2
[
x
x+1
-1-ln(x+1)]=-
1
x2
[
x
x+1
+ln(x+1)].

由x>0,x2>0,

x
x+1
>0,ln(x+1)>0,得f′(x)<0.

因此函数f(x)在区间(0,+∞)上是减函数.

(2)解法一:当x>0时,f(x)>

k
x+1
恒成立,令x=1有k<2[1+ln2].

又k为正整数.则k的最大值不大于3.

下面证明当k=3时,f(x)>

k
x+1
(x>0)恒成立.

即证明x>0时(x+1)ln(x+1)+1-2x>0恒成立.

令g(x)=(x+1)ln(x+1)+1-2x,

则g′(x)=ln(x+1)-1.

当x>e-1时,g′(x)>0;当0<x<e-1时,g′(x)<0.

∴当x=e-1时,g(x)取得最小值g(e-1)=3-e>0.

∴当x>0时,(x+1)ln(x+1)+1-2x>0恒成立.

因此正整数k的最大值为3.

解法二:当x>0时,f(x)>

k
x+1
恒成立.

即h(x)=

(x+1)[1+ln(x+1)]
x
>k对x>0恒成立.

即h(x)(x>0)的最小值大于k.

由h′(x)=

x-1-ln(x+1)
x2
,记Φ(x)=x-1-ln(x+1).(x>0)

则Φ′(x)=

x
x+1
>0,

∴Φ(x)在(0,+∞)上连续递增.

又Φ(2)=1-ln3<0,Φ(3)=2-2ln2>0,

∴Φ(x)=0存在惟一实根a,且满足:a∈(2,3),a=1+ln(a+1),

由x>a时,Φ(x)>0,h′(x)>0;0<x<a时,Φ(x)<0,h′(x)<0知:

h(x)(x>0)的最小值为h(a)=

(a+1)[1+ln(a+1)]
a
=a+1∈(3,4).

因此正整数k的最大值为3.

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