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已知函数f(x)=ax2+ln(x+1).

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:综合作业 时间:2024/05/26 08:02:49
已知函数f(x)=ax2+ln(x+1).
(1)求函数g(x)=f(x)-ax2-x的单调区间及最大值;
(2)当x∈[0,+∞)时,不等式f(x)≤x恒成立,求实数a的取值范围.
(3)求证:(1+
1
2
(1)因为g(x)=f(x)-ax2-x=ax2+ln(x+1)-ax2-x=ln(x+1)-x (x>-1),
所以g′(x)=
1
x+1−1=−
x
x+1 (x>−1),
当-1<x<0时,g(x)>0,当x>0时,g(x)<0,
故函数g(x)的单调递增区间为(-1,0),单调递减区间为(0,+∞).
g(x)max=g(0)=ln1=0.
(2)因为当x∈[0,+∞)时,不等式f(x)≤x恒成立,即ax2+ln(x+1)-x≤0恒成立,
设g(x)=ax2+ln(x+1)-x(x≥0),只需g(x)max≤0即可.
g′(x)=2ax+
1
x+1−1=
x[2ax+(2a−1)]
x+1,
①当a=0时,g′(x)=
−x
x+1,当x>0时,g(x)<0,函数g(x)在(0,+∞)上单调递减,故g(x)≤g(0)=0成立.
②当a>0时,由g′(x)=
x[2ax+(2a−1)]
x+1=0,因x∈[0,+∞),所以x=
1
2a−1,
1°若
1
2a−1<0,即a>
1
2时,在区间(0,+∞)上,g(x)>0,则g(x)在(0,+∞)上单调递增,
g(x)在[0,+∞)上无最大值,此时不满足条件;
2°若
1
2a−1≥0,即0<a≤
1
2时,函数g(x)在(0,
1
2a−1)上单调递减,在区间(
1
2a−1,+∞)上单调递增,同样g(x)在[0,+∞)上无最大值,不满足条件.
③当a<0时,由g′(x)=
x[2ax+(2a−1)]
x+1,∵x∈[0,+∞),∴2ax+(2a-1)<0,
∴g(x)<0,故函数g(x)在[0,+∞)上单调递减,故g(x)≤g(0)=0成立.
综上所述,实数a的取值范围是(-∞,0].
(3)由(1)知ln(x+1)≤x,令x=
1
n2,所以ln(1+
1
n2)≤
1
n2=
1
n•n<
1
(n−1)n=
1
n−1−
1
n,
所以ln(1+
1
22)+ln(1+
1
32)+…+ln(1+