Question

已知函數(shù)f(x)=

1+ln(x+1)

x

和g（x）=x-1-ln（x+1）
（I）函數(shù)y=f（x）在區(qū)間（0，+∞）上是增函數(shù)還是減函數(shù)？說(shuō)明理由；
（II）求證：函數(shù)y=g（x）在區(qū)間（2，3）上有唯一零點(diǎn)；
（III）當(dāng)x＞0時(shí)，不等式xf（x）＞kg'（x）恒成立，其中g(shù)'（x）是g（x）導(dǎo)函數(shù)，求正整數(shù)k的最大值．

Answer 1

分析：（I）先求導(dǎo)函數(shù)f′(x)=

1

x2

[

x

x+1

-1-ln(x+1)]=

-1

x2

[

1

x+1

+ln(x+1)]，可以判斷f'（x）＜0，從而函數(shù)f（x）在區(qū)間（0，+∞）上是減函數(shù)；
（II）可以證明g（x）在（2，3）上是增函數(shù)，再利零點(diǎn)存在定理即可證明；
（III）利用分離參數(shù)法得k＜

(x+1)[1+ln(x+1)]

x

，再求其最值即可．

解答：解：（I）函數(shù)f（x）在區(qū)間（0，+∞）上是減函數(shù)．
由于f′(x)=

1

x2

[

x

x+1

-1-ln(x+1)]=

-1

x2

[

1

x+1

+ln(x+1)]…（2分）
∵x＞0，∴x2＞0，

1

x+1

＞0，ln(x+1)＞0
所以f'（x）＜0故函數(shù)f（x）在區(qū)間（0，+∞）上是減函數(shù)．…（4分）
（II）因?yàn)?span id="te93ese" class="MathJye">g′(x)=1-

1

x+1

=

x

x+1

＞0
所以g（x）在（2，3）上是增函數(shù)…（6分）
又g（2）=1-ln3＜0，g（3）=2-ln4=2（1-ln2）＞0
所以，函數(shù)y=g（x）在區(qū)間（2，3）上有唯一零點(diǎn)．…（8分）
（III）當(dāng)x＞0時(shí)，不等式xf（x）＞kg'（x）恒成立
即k＜

(x+1)[1+ln(x+1)]

x

對(duì)于x＞0恒成立
設(shè)h(x)=

(x+1)[1+ln(x+1)]

x

，則h′(x)=

x-1-ln(x+1)

x2

…（9分）
由（II）知g（x）=x-1-ln（x+1）在區(qū)間（0，+∞）上是增函數(shù)，
且g（x）=0存在唯一實(shí)數(shù)根a，滿足a∈（2，3），即a=1+ln（a+1）…（10分）
由x＞a時(shí)，g（x）＞0，h'（x）＞0；0＜x＜a時(shí)，g（x）＜0，h'（x）＜0
知h（x）（x＞0）的最小值為h(a)=

(a+1)[1+ln(a+1)]

a

=a+1∈(3，4)
故正整數(shù)k的最大值為3．…（12分）

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性，利用分離參數(shù)法求解恒成立問(wèn)題，有一定的綜合性．