Question

17．設(shè)函數(shù)f（x）=nlnx-$\frac{{e}^{x}}{{e}^{n}}$+2016，n為大于零的常數(shù)．
（1）求f（x）的單調(diào)區(qū)間；
（2）若x∈（0，$\frac{{t}^{2}+（2n-1）t}{2}$），t∈（0，2），求函數(shù)f（x）的極值點(diǎn)；
（3）觀察f（x）的單調(diào)性及最值，證明：ln$\frac{{n}^{2}+1}{{n}^{2}}$＜$\frac{{e}^{\frac{1}{n}}-1}{n}$．

Answer 1

分析 （1）求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，解關(guān)于導(dǎo)函數(shù)的方程，求出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間即可；
（2）通過討論$\frac{{t}^{2}+（2n-1）t}{2}$的范圍，求出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間，從而求出函數(shù)的極值點(diǎn)即可；
（3）根據(jù)函數(shù)的單調(diào)性得到f（n+$\frac{1}{n}$）＜f（n），代入證明即可．

解答 （1）解：由題意得：f′（x）=$\frac{n}{x}$-e^x-n，
令f′（n）=1-e^n-n=0，
則x∈（0，n）時(shí)，f′（x）＞0，x∈（n，+∞）時(shí)，f′（x）＜0，
∴f（x）在（0，n）遞增，在（n，+∞）遞減；
（2）解：①當(dāng)$\frac{{t}^{2}+（2n-1）t}{2}$≤n時(shí)，即t²+（2n-1）t-2n≤0，
即（t+2n）（t-1）≤0，由題意t∈（0，2），解得：0＜t≤1，
此時(shí)，由（1）知：（0，$\frac{{t}^{2}+（2n-1）t}{2}$）⊆（0，n），
∴f（x）在（0，$\frac{{t}^{2}+（2n-1）t}{2}$）遞增，無極值點(diǎn)，
②當(dāng)$\frac{{t}^{2}+（2n-1）t}{2}$＞n時(shí)，即t²+（2n-1）t-2n＞0，
由題意t∈（0，2），解得：1＜t＜2，
此時(shí)，由（1）知：f（x）在（0，n）遞增，在（n，$\frac{{t}^{2}+（2n-1）t}{2}$）遞減
∴f（x）無極小值點(diǎn)，極大值點(diǎn)是x=n，
綜上，0＜t≤1時(shí)，f（x）無極值點(diǎn)，1＜t＜2時(shí)，f（x）的極大值點(diǎn)是x=n；
（3）證明：由（1）知：f（x）在（0，n）遞增，在（n，+∞）遞減，
∴f（n+$\frac{1}{n}$）＜f（n），
即nln（n+$\frac{1}{n}$）-$\frac{{e}^{n+\frac{1}{n}}}{{e}^{n}}$+2016＜nlnn-1+2016，
得nln（n+$\frac{1}{n}$）-${e}^{\frac{1}{n}}$＜nlnn-1，
∴l(xiāng)n$\frac{{n}^{2}+1}{{n}^{2}}$＜$\frac{{e}^{\frac{1}{n}}-1}{n}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了函數(shù)的單調(diào)性、最值、極值問題，考查導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用以及不等式的證明，是一道中檔題．