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已知函数f(x)=ex-ax-1(a>0,e为自然对数的底数).

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:综合作业 时间:2024/05/11 00:08:49
已知函数f(x)=ex-ax-1(a>0,e为自然对数的底数).
(1)求函数f(x)的最小值;
(2)若f(x)≥0对任意的x∈R恒成立,求实数a的值;
(3)在(2)的条件下,证明:(
1
n
)
(1)由题意a>0,f′(x)=ex-a,
由f′(x)=ex-a=0得x=lna.
当x∈(-∞,lna)时,f′(x)<0;当x∈(lna,+∞)时,f′(x)>0.
∴f(x)在(-∞,lna)单调递减,在(lna,+∞)单调递增.
即f(x)在x=lna处取得极小值,且为最小值,其最小值为f(lna)=elna-alna-1=a-alna-1.(5分)
(2)f(x)≥0对任意的x∈R恒成立,即在x∈R上,f(x)min≥0.
由(1),设g(a)=a-alna-1,所以g(a)≥0.
由g′(a)=1-lna-1=-lna=0得a=1.
∴g(a)在区间(0,1)上单调递增,在区间(1,+∞)上单调递减,
∴g(a)在a=1处取得最大值,而g(1)=0.
因此g(a)≥0的解为a=1,∴a=1.(9分)
(3)证明:由(2)知,对任意实数x均有ex-x-1≥0,即1+x≤ex
令x=−
k
n(n∈N*,k=0,1,2,3,…,n-1),则0<1−
k
n≤e−
k
n.
∴(1−
k
n)n≤(e−
k
n)n=e−k.
∴(
1
n)n+(
2
n)n+…+(
n−1
n)n+(
n
n)n≤e−(n−1)+e−(n−2)+…+e−2+e−1+1
=
1−e−n
1−e−1<
1
1−e−1=
e
e−1.(14分)