已知函数f(x)=xlnx+1(Ⅰ)若x>0时,函数y=f(x)的图象恒在直线y=kx上方,求实数k的取值范围;(Ⅱ)证

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  • 解题思路:(Ⅰ)原题等价于当x∈(0,+∞)时,xlnx+1>kx恒成立,即

    k<

    xlnx+1

    x

    =lnx+

    1

    x]恒成立,由此利用导数性质能求出实数g(x)>g(1)=1的取值范围.

    (Ⅱ)法一(构造函数法):由(1)知当x>0,x≠1时,

    lnx>1−

    1

    x

    ,令

    x=

    n+1

    n

    ,得

    ln(n+1)−lnn>

    1

    n+1

    ,由此能证明当n∈N*时,ln(n+1)>[1/2]+[1/3]+[1/4]+…+[1/n+1].

    (Ⅱ)法二(数学归纳法):当n=1时,

    ln2>

    1

    2

    成立;假设当n=k时命题成立,当n=k+1时,利用分析法能证明:

    ln(k+1)+

    1

    k+2

    <ln(k+2)

    ,由此能证明当n∈N*时,ln(n+1)>[1/2]+[1/3]+[1/4]+…+[1/n+1].

    (Ⅰ)当x∈(0,+∞)时,函数(1,+∞)的图象恒在直线x∈(1,+∞)上方,

    等价于当x∈(0,+∞)时,xlnx+1>kx恒成立,…(1分)

    即k<

    xlnx+1

    x=lnx+

    1

    x恒成立,…(2分)

    令g(x)=lnx+

    1

    x,x∈(0,+∞),则g′(x)=

    1

    x−

    1

    x2=

    x−1

    x2…(3分)

    当x∈(1,+∞)时,g'(x)>0,故g(x)=lnx+

    1

    x在(1,+∞)上递增,

    当x∈(0,1)时,g'(x)<0,故g(x)=lnx+

    1

    x在(0,1)上递减,…(4分)

    ∴g(1)为g(x)=lnx+

    1

    x在区间(0,+∞)上的极小值,仅有一个极值点故为最小值,

    ∴x∈(0,+∞)时,g(x)≥g(1)=1…(5分)

    所以实数g(x)>g(1)=1的取值范围是(-∞,1)…(6分)

    (Ⅱ)证法一(构造函数法):

    由(1)知当x>0,x≠1时,xlnx+1>x,即lnx>1−

    1

    x…(8分)

    令x=

    n+1

    n,则ln

    n+1

    n>1−

    n

    n+1,…(10分)

    即得ln(n+1)−lnn>

    1

    n+1…(11分)

    ∴ln2−ln1>

    1

    2,ln3−ln2>

    1

    3,…,ln(n+1)−lnn>

    1

    n+1…(12分)

    ∴ln(n+1)=(ln(n+1)-lnn)+(lnn-ln(n-1))

    +…+(ln2-ln1)+ln1>

    1

    n+1+

    1

    n+…+

    1

    2…(13分)

    ∴当n∈N*时,ln(n+1)>[1/2]+[1/3]+[1/4]+…+[1/n+1].…(14分)

    (Ⅱ)证法二(数学归纳法):

    ①当n=1时,由2ln2=ln4>1,知ln2>

    1

    2成立;…(7分)

    ②假设当n=k时命题成立,即[1/2+

    1

    3+

    1

    4+…+

    1

    k+1<ln(k+1)

    那么,当n=k+1时,

    点评:

    本题考点: 利用导数求闭区间上函数的最值.

    考点点评: 本题考查实数的取值范围的求法,考查不等式的证明,解题时要认真审题,注意构造法、数学归纳法的合理运用.

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