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已知函数 f(x)=(1+x)m−mx−1,x∈(−1,+∞),m>0 且 m≠1.

  1. 讨论 f(x) 的单调性;
  2. 若 ∀x∈(0,π2)∪(π2,π), asin⁡x<(1+cos2⁡x)sin⁡x, 求 a 的取值范围;
  3. 证明: 当 x∈(0,π2)∪(π2,π), 且 n∈N,n≥2 时,恒有 (1−sin⁡x)(1−sin⁡x3)⋯(1−sin⁡xn)(1−sin⁡x)n−1>1n!.
解答

  1. 解 f′(x)=m[(1+x)m−1−1]. 0<m<1 时 f(x) 在 (−1,0) 上减,在 (0,+∞) 上增;m>1 时 f(x) 在 (−1,0) 上增,在 (0,+∞) 上减.

  2. 解 当 a≤0,不等式显然成立;当 a>0,记 t=sin⁡x∈(0,1),则原不等式等价于at<(2−t2)t⇒ln⁡a<tln⁡(2−t2)−ln⁡t,
    记右侧函数为g(t),t∈(0,1),则g′(t)=ln⁡(2−t2)−2t22−t2−1t≤(2−t2)−1−2t22−t2−1t=−t2(4−t2)2−t2+t−1t<0,
    故只需ln⁡a≤g(1)=0⇒a≤1.

    综上,a≤1.

  3. 证明 记 sin⁡xn=t<1,则1−sin⁡xn1−sin⁡x=1−t1−tn=11+t+⋯+tn−1>1n,
    累乘即得∏i=2n1−sin⁡xi1−sin⁡x=∏i=2n(1−1−sin⁡xi)(1−sin⁡x)n−1>1n!.