题目内容
(2013•湖北)设n是正整数,r为正有理数.
(Ⅰ)求函数f(x)=(1+x)r+1-(r+1)x-1(x>-1)的最小值;
(Ⅱ)证明:
<nr<
;
(Ⅲ)设x∈R,记[x]为不小于x的最小整数,例如[2]=2,[π]=4,[-
]=-1.令S=
+
+
+…+
,求[S]的值.
(参考数据:80
≈344.7,81
≈350.5,124
≈618.3,126
≈631.7).
(Ⅰ)求函数f(x)=(1+x)r+1-(r+1)x-1(x>-1)的最小值;
(Ⅱ)证明:
| nr+1-(n-1)r+1 |
| r+1 |
| (n+1)r+1-nr+1 |
| r+1 |
(Ⅲ)设x∈R,记[x]为不小于x的最小整数,例如[2]=2,[π]=4,[-
| 3 |
| 2 |
| 3 | 81 |
| 3 | 82 |
| 3 | 83 |
| 3 | 125 |
(参考数据:80
| 4 |
| 3 |
| 4 |
| 3 |
| 4 |
| 3 |
| 4 |
| 3 |
分析:(Ⅰ)先求出函数f(x)的导函数f′(x),令f'(x)=0,解得x=0,再求出函数的单调区间,进而求出最小值为f(0)=0;
(Ⅱ)根据(Ⅰ)知,即(1+x)r+1≥1+(r+1)x,令x=
代入并化简得nr<
,再令x=-
得,nr>
,即结论得到证明;
(Ⅲ)根据(Ⅱ)的结论,令r=
,n分别取值81,82,83,…,125,分别列出不等式,再将各式相加得,
(125
-80
)<S<
(126
-81
),再由参考数据和条件进行求解.
(Ⅱ)根据(Ⅰ)知,即(1+x)r+1≥1+(r+1)x,令x=
| 1 |
| n |
| (n+1)r+1-nr+1 |
| r+1 |
| 1 |
| n |
| nr+1-(n-1)r+1 |
| r+1 |
(Ⅲ)根据(Ⅱ)的结论,令r=
| 1 |
| 3 |
| 3 |
| 4 |
| 4 |
| 3 |
| 4 |
| 3 |
| 3 |
| 4 |
| 4 |
| 3 |
| 4 |
| 3 |
解答:解;(Ⅰ)由题意得f'(x)=(r+1)(1+x)r-(r+1)=(r+1)[(1+x)r-1],
令f'(x)=0,解得x=0.
当-1<x<0时,f'(x)<0,∴f(x)在(-1,0)内是减函数;
当x>0时,f'(x)>0,∴f(x)在(0,+∞)内是增函数.
故函数f(x)在x=0处,取得最小值为f(0)=0.
(Ⅱ)由(Ⅰ),当x∈(-1,+∞)时,有f(x)≥f(0)=0,
即(1+x)r+1≥1+(r+1)x,且等号当且仅当x=0时成立,
故当x>-1且x≠0,有(1+x)r+1>1+(r+1)x,①
在①中,令x=
(这时x>-1且x≠0),得(1+
)r+1>1+
.
上式两边同乘nr+1,得(n+1)r+1>nr+1+nr(r+1),
即nr<
,②
当n>1时,在①中令x=-
(这时x>-1且x≠0),
类似可得nr>
,③
且当n=1时,③也成立.
综合②,③得
<nr<
,④
(Ⅲ)在④中,令r=
,n分别取值81,82,83,…,125,
得
(81
-80
)<
<
(82
-81
),
(82
-81
)<
<
(83
-82
),
(83
-82
)<
<
(84
-83
),…
(125
-124
)<
<
(126
-125
),
将以上各式相加,并整理得
(125
-80
)<S<
(126
-81
).
代入数据计算,可得
(125
-80
)≈210.2,
(126
-81
)≈210.9
由[S]的定义,得[S]=211.
令f'(x)=0,解得x=0.
当-1<x<0时,f'(x)<0,∴f(x)在(-1,0)内是减函数;
当x>0时,f'(x)>0,∴f(x)在(0,+∞)内是增函数.
故函数f(x)在x=0处,取得最小值为f(0)=0.
(Ⅱ)由(Ⅰ),当x∈(-1,+∞)时,有f(x)≥f(0)=0,
即(1+x)r+1≥1+(r+1)x,且等号当且仅当x=0时成立,
故当x>-1且x≠0,有(1+x)r+1>1+(r+1)x,①
在①中,令x=
| 1 |
| n |
| 1 |
| n |
| r+1 |
| n |
上式两边同乘nr+1,得(n+1)r+1>nr+1+nr(r+1),
即nr<
| (n+1)r+1-nr+1 |
| r+1 |
当n>1时,在①中令x=-
| 1 |
| n |
类似可得nr>
| nr+1-(n-1)r+1 |
| r+1 |
且当n=1时,③也成立.
综合②,③得
| nr+1-(n-1)r+1 |
| r+1 |
| (n+1)r+1-nr+1 |
| r+1 |
(Ⅲ)在④中,令r=
| 1 |
| 3 |
得
| 3 |
| 4 |
| 4 |
| 3 |
| 4 |
| 3 |
| 3 | 81 |
| 3 |
| 4 |
| 4 |
| 3 |
| 4 |
| 3 |
| 3 |
| 4 |
| 4 |
| 3 |
| 4 |
| 3 |
| 3 | 82 |
| 3 |
| 4 |
| 4 |
| 3 |
| 4 |
| 3 |
| 3 |
| 4 |
| 4 |
| 3 |
| 4 |
| 3 |
| 3 | 83 |
| 3 |
| 4 |
| 4 |
| 3 |
| 4 |
| 3 |
| 3 |
| 4 |
| 4 |
| 3 |
| 4 |
| 3 |
| 3 | 125 |
| 3 |
| 4 |
| 4 |
| 3 |
| 4 |
| 3 |
将以上各式相加,并整理得
| 3 |
| 4 |
| 4 |
| 3 |
| 4 |
| 3 |
| 3 |
| 4 |
| 4 |
| 3 |
| 4 |
| 3 |
代入数据计算,可得
| 3 |
| 4 |
| 4 |
| 3 |
| 4 |
| 3 |
| 3 |
| 4 |
| 4 |
| 3 |
| 4 |
| 3 |
由[S]的定义,得[S]=211.
点评:本题考查了利用导数研究函数的单调性和求最值,以及学生的创新精神,是否会观察,会抽象概括,会用类比的方法得出其它结论,难度较大,注意利用上一问的结论.
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