问题 解答题
已知函数f(x)=ln(1+x)-x
(1)求f(x)的单调区间;
(2)记f(x)在区间[0,π](n∈N*)上的最小值为bx令an=ln(l+n)-bx
(i)如果对一切n,不等式
an
an+2
-
c
an+2
恒成立,求实数c的取值范围;
(ii)求证:
a1
a2
+
a1a3
a2a4
+…+
a1a3a2n-1
a2a4…a 2n
2an+1
-1
答案

(I)因为f(x)=ln(1+x)-x,所以函数定义域为(-1,+∞),且f′(x)=

1
1+x
-1=
-x
1+x

由f′(x)>0得-1<x<0,f(x)的单调递增区间为(-1,0);

由f’(x)<0得x>0,f(x)的单调递减区间为(0,+∞).

(II)因为f(x)在[0,n]上是减函数,所以bn=f(n)=ln(1+n)-n,

则an=ln(1+n)-bn=ln(1+n)-ln(1+n)+n=n.

(i)

an+2
(
an+2
-
an
)=
n+2
(
n+2
-
n
)=
n+2
2
n+2
+
n

2
n+2
n+2
+
n+2
=1.

又lim

n+2
(
n+2
-
n
)=
lim
x→∞
2
1+
1-
2
n+2
=1,

因此c<1,即实数c的取值范围是(-∞,1).

(Ⅱ)因为f(x)在[0,n]上是减函数,所以bn=f(n)=ln(1+n)-n,

则an=ln(1+n)-bn=ln(1+n)-ln(1+n)+n=n.

(i)因为

c
an+2
an+2
-
an
对n∈N*恒成立.所以
c
n+2
n+2
-
n
对n∈N*恒成立.

c<n+2-

n2+2n
对n∈N*恒成立.

g(n)=n+2-

n2+2n
,n∈N*,则c<g(n)对n∈N*恒成立.

考虑g(x)=x+2-

x2+2x
,x∈[1,+∞).

因为g′(x)=1-

1
2
(x2+2x)-
1
2
•(2x+2)=1-
x+1
x2+2x
<1-
x+1
x+1
=0,

所以g(x)在[1,+∞)内是减函数;则当n∈N*时,g(n)随n的增大而减小,

又因为

lim
x→∞
g(n)=
lim
x→∞
(n+2-
n2+2n
)=
lim
x→∞
2n+4
n+2+
n2+2n
=
lim
x→∞
2+
4
n
1+
2
n
+
1+
2
n
=1.

所以对一切n∈N,g(n)>1因此c≤1,即实数c的取值范围是(-∞,1].

(ⅱ)由(ⅰ)知

1
2n+1
2n+1
-
2n-1

下面用数学归纳法证明不等式

1•3•5••(2n-1)
2•4•6••(2n)
1
2n+1
(n∈N+

①当n=1时,左边=

1
2
,右边=
1
3
,左边<右边.不等式成立.

②假设当n=k时,不等式成立.即

1•3•5••(2k-1)
2•4•6••(2k)
1
2n+1

当n=k+1时,

1•3•5(2k-1)(2k+1)
2•4•6(2k)(2k+2)
1
2k
+1
2k+1
2k+2
=
2k+1
2k+2
=
2k+1
2k+3
2k+2
1
&
2k+3

=

4k2+8k+3
4k2+8k+4
1
2k+3
1
2k+3
=
1
2(k+1)+1

即n=k+1时,不等式成立

综合①、②得,不等式

1•3•5••(2n-1)
2•4•6••(2n)
1
2n+1
(n∈N*)成立.

所以

1•3•5••(2n-1)
2•4•6••(2n)
2n+1
-
2n-1
1
2
+
1•3
2•4
++
1•3•5••(2n-1)
2•4•6••(2n)
3
-
1
+
5
-
3
=+
2n-1
=
2n+1
-1

a1
a2
+
a1a3
a2a4
++
a1a3a2n-1
a2a4a2n
2an+1
-1(n∈N*).

单项选择题
多项选择题