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
(ii)求证:
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(I)因为f(x)=ln(1+x)-x,所以函数定义域为(-1,+∞),且f′(x)=
-1=1 1+x
.-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
>
=1.2 n+2
+n+2 n+2
又lim
(n+2
-n+2
)=n lim x→∞
=1,2 1+ 1- 2 n+2
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
对n∈N*恒成立.所以an
<c n+2
-n+2
对n∈N*恒成立.n
则c<n+2-
对n∈N*恒成立.n2+2n
设g(n)=n+2-
,n∈N*,则c<g(n)对n∈N*恒成立.n2+2n
考虑g(x)=x+2-
,x∈[1,+∞).x2+2x
因为g′(x)=1-
(x2+2x)-1 2
•(2x+2)=1-1 2
<1-x+1 x2+2x
=0,x+1 x+1
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
g(n)=lim x→∞
(n+2-lim x→∞
)=n2+2n lim x→∞
=2n+4 n+2+ n2+2n lim x→∞
=1.2+ 4 n 1+
+2 n 1+ 2 n
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)
(n∈N+)1 2n+1
①当n=1时,左边=
,右边=1 2
,左边<右边.不等式成立.1 3
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
+12k
=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)
(n∈N*)成立.1 2n+1
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
-1.2n+1
即
+a1 a2
++a1a3 a2a4
<a1a3a2n-1 a2a4a2n
-1(n∈N*).2an+1