Question

已知數(shù)列{a_n}的前n項(xiàng)和為S_n，且{

1

an

}是等差數(shù)列，公差d＞0，a₁=

1

2

，S₃=

13

12

，函數(shù)f（x）=

x

1+x

-ln（1+x）．
（Ⅰ）求數(shù)列{a_n}的通項(xiàng)公式；
（Ⅱ）求證：f（a_n）＜0（n∈N^*）；
（Ⅲ）求證：s_n＜ln（1+n）對(duì)一切正整數(shù)n都成立．

Answer 1

考點(diǎn)：數(shù)列與不等式的綜合,等差數(shù)列的性質(zhì)

專(zhuān)題：等差數(shù)列與等比數(shù)列

分析：（Ⅰ）由已知得a2=

1

2+d

，a3=

1

2+2d

，從而

1

an

=2+（n-1）d=1+n，由此能求出a_n=

1

n+1

．
（Ⅱ）由已知得f′(x)=

1

(1+x)2

-

1

1+x

=

-x

(1+x)2

，從而f（x）在[0，+∞）上是減函數(shù)，由此能證明f（a_n）＜0．
（Ⅲ）用數(shù)學(xué)歸納法能證明S_n＜ln（1+n）對(duì)一切正整數(shù)n都成立．

解答： （Ⅰ）解：∵a1=

1

2

，
∴

1

a2

=

1

a1

+d=2+d，

1

a3

=

1

a2

+2d=2+2d，
∴a2=

1

2+d

，a3=

1

2+2d

，
∴S₃=

1

2

+

1

2+d

+

1

2+2d

=

13

12

，
∵d＞0，∴d=1，∴

1

an

=2+（n-1）d=1+n，
∴a_n=

1

n+1

．
（Ⅱ）證明：∵f（x）=

x

1+x

-ln（1+x），
∴f′(x)=

1

(1+x)2

-

1

1+x

=

-x

(1+x)2

，
當(dāng)x＞0時(shí)，f′（x）＜0，f′（0）=0，
∴f（x）在[0，+∞）上是減函數(shù)，
又f（0）=0，∴x＞0時(shí)，f（x）＜0，
∵n∈N^*，an=

1

1+n

＞0，∴f（a_n）＜0．
（Ⅲ）證明：用數(shù)學(xué)歸納法證明
①當(dāng)n=1時(shí)，S1=a1=

1

2

=ln

e

＜ln

4

=ln（1+1），
∴n=1時(shí)，不等式S_n＜ln（1+n）成立．
②假設(shè)n=k（k∈N^*）不等式成立，即S_k＜ln（1+k）成立，
則S_k+1=Sk+

1

1+(k+1)

＜ln(1+k)+

1

1+(k+1)

，
∵f(ak)=f(

1

1+k

)＜0，
∴l(xiāng)n（1+

1

1+k

）＞

1 1+k

1+ 1 1+k

=

1

1+(k+1)

，
∴l(xiāng)n[1+（1+k）]-ln（1+k）=ln（1+

1

1+k

）＞

1 1+k

1+ 1 1+k

=

1

1+(k+1)

，
∴l(xiāng)n（1+k）+

1

1+(k+1)

＜ln[1+（k+1）]，
∴S_k+1＜ln[1+（k+1）]，
∴n=k+1時(shí)，不等式S_n＜ln（1+n）成立，
由①②，得S_n＜ln（1+n）對(duì)一切正整數(shù)n都成立．

點(diǎn)評(píng)：本題考查數(shù)列的通項(xiàng)公式的求法，考查不等式的證明，解題時(shí)要注意導(dǎo)數(shù)性質(zhì)、數(shù)學(xué)歸納法的合理運(yùn)用．