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+1-(n-1)r+1
r+1
<nr<
(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
]=-1
.令S=
381
+
382
+
383
+…+
3125
,求[S]
的值.
(参考数据:80
4
3
≈344.7,81
4
3
≈350.5,124
4
3
≈618.3,126
4
3
≈631.7)
.
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=
1
n
代入并化简得nr<
(n+1)r+1-nr+1
r+1
,再令x=-
1
n
得,nr>
nr+1-(n-1)r+1
r+1
,即结论得到证明;
(Ⅲ)根据(Ⅱ)的结论,令r=
1
3
,n分别取值81,82,83,…,125,分别列出不等式,再将各式相加得,
3
4
(125
4
3
-80
4
3
)<S<
3
4
(126
4
3
-81
4
3
)
,再由参考数据和条件进行求解.
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=
1
n
(这时x>-1且x≠0),得(1+
1
n
)r+1>1+
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
,②
当n>1时,在①中令x=-
1
n
(这时x>-1且x≠0),
类似可得nr>
nr+1-(n-1)r+1
r+1
,③
且当n=1时,③也成立.
综合②,③得
nr+1-(n-1)r+1
r+1
<nr<
(n+1)r+1-nr+1
r+1
,④
(Ⅲ)在④中,令r=
1
3
,n分别取值81,82,83,…,125,
得
3
4
(81
4
3
-80
4
3
)<
381
<
3
4
(82
4
3
-81
4
3
)
,
3
4
(82
4
3
-81
4
3
)<
382
<
3
4
(83
4
3
-82
4
3
)
,
3
4
(83
4
3
-82
4
3
)<
383
<
3
4
(84
4
3
-83
4
3
)
,…
3
4
(125
4
3
-124
4
3
)<
3125
<
3
4
(126
4
3
-125
4
3
)
,
将以上各式相加,并整理得
3
4
(125
4
3
-80
4
3
)<S<
3
4
(126
4
3
-81
4
3
)
.
代入数据计算,可得
3
4
(125
4
3
-80
4
3
)≈210.2,
3
4
(126
4
3
-81
4
3
)≈210.9

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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