设函数f(x)=1(x+1)ln(x+1)(x>-1且x≠0)(1)求函数f(x)的单调区间;(2)求函数f(x)值域;(3)已知12x+1>(x+1)m对任意x∈(-1,0)恒成立,求实数m的取值范围.

问题描述:

设函数f(x)=

1
(x+1)ln(x+1)
(x>-1且x≠0)
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)求函数f(x)值域;
(3)已知
1
2x+1
>(x+1)m对任意x∈(-1,0)恒成立,求实数m的取值范围.

(1)f′(x)=-

ln(x+1)+1
(x+1)2ln(x+1)2

所以当f′(x)>0,即ln(x+1)+1<0,即ln(x+1)<-1,所以x+1<
1
e
,即-1<x<
1
e
-1,故函数在区间(-1,
1
e
-1)内单调递增;
当f′(x)<0,即
1
e
-1<x<0或x>0,所以函数在区间(
1
e
−1
,0)和(0,+∞)内单调减.
故函数的单调增区间为(-1,
1
e
-1),单调减区间为(
1
e
−1
,0)和(0,+∞).
(2)由f′(x)=-
ln(x+1)+1
(x+1)2ln(x+1)2
=0可得x=
1
e
−1

由(1)可得f(x)在(-1,
1
e
-1)内单调递增,在(
1
e
−1
,0)内单调减,
所以在区间(-1,0)上,当x=
1
e
−1
时,f(x)取得极大值即最大值为f(
1
e
−1
)=-e.
又因为当x从-1的右边靠近-1时,0<x+1<1,所以x→-1时f(x)→-∞;当x从0的左边靠近0时,f(x)→-∞;
所以当x∈(-1,0)时,f(x)∈(-∞,-e].
在区间(0,+∞)上f(x)是减函数,并且f(x)>0,
当x从0的右边靠近0时,f(x)→+∞;当x→+∞时,由函数的解析式可得f(x)→0.
所以当x∈(0,+∞)时,f(x)∈(0,+∞).
故f(x)的值域为(-∞,-e]∪(0,+∞)
(3)∵-1<x<0,∴0<x+1<1,从而1<
1
x+1

由题意可得:
1
2x+1
>(x+1)m对任意x∈(-1,0)恒成立,
所以两边取自然对数得:
1
x+1
ln2>mln(x+1)

所以m>
ln2
(x+1)ln(x+1)
,对x∈(-1,0)恒成立,则m大于
ln2
(x+1)ln(x+1)
的最大值,
由(2)可得当x∈(-1,0)时,f(x)=
1
(x+1)ln(x+1)
∈(-∞,-e],
所以
ln2
(x+1)ln(x+1)
取得最大值为-eln2,所以m>-eln2.
所以实数m的取值范围为(-eln2,+∞).
答案解析:(1)由题意可得:f′(x)=-
ln(x+1)+1
(x+1)2ln(x+1)2
,令f′(x)>0,可得-1<x<
1
e
-1时,故函数在区间(-1,
1
e
)内单调递增;令f′(x)<0,即
1
e
-1<x<0或x>0,所以函数在区间(
1
e
−1
,0)和(0,+∞)内单调减.
(2)由f′(x)=-
ln(x+1)+1
(x+1)2ln(x+1)2
=0可得x=
1
e
−1
,利用函数的单调性得到函数的最大值,再分析当x从-1的右边靠近-1时,f(x)→-∞;当x从0的左边靠近0时,f(x)→-∞;在区间(0,+∞)上f(x)是增函数,并且f(x)>0,当x从0的右边靠近0时,f(x)→+∞;当x→+∞时,可得f(x)→0.
(3)由题意可得对原不等式两边取自然对数得:
1
x+1
ln2>mln(x+1)
,所以m>
ln2
(x+1)ln(x+1)
,对x∈(-1,0)恒成立,进而构造出新的函数求出新函数的最大值即可解决问题.
考试点:函数的值域;利用导数研究函数的单调性;利用导数求闭区间上函数的最值.
知识点:解决此类问题的关键是熟练掌握有关导数的运算,以及利用得到求函数的最值与球函数的单调区间等问题,此类问题一般以解答题的形式出现.