已知函数 $f_1(x)=f(x)=x(x-1)$,$f_n(x)=f\left(f_{n-1}(x)\right)$,其中 $n\geqslant 2$.求证:
【难度】
【出处】
2014年全国高中数学联赛山东省预赛
【标注】
  • 知识点
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    函数
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    迭代函数
  • 知识点
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    函数
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    函数的图象与性质
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    函数的零点
  • 方法
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    论述方式
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    数学归纳法
    >
    第一数学归纳法
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    函数
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    函数的图象与性质
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    函数的零点
  1. 当 $x>2$ 时,$f_n(x)$ 没有零点;
    标注
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      函数
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      迭代函数
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      函数
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      函数的图象与性质
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      函数的零点
    答案
    解析
    由于当 $x>2$ 时,$f(x)>2$,因此可以递推至 $f_n(x)>2$.
  2. 当 $1\leqslant x\leqslant 2$ 时,$f_n(x)$ 至少有 $n$ 个零点.
    标注
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      第一数学归纳法
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      函数
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      函数的图象与性质
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      函数的零点
    答案
    解析
    用数学归纳法证明.
    当 $n=1$ 时,$f(x)=x(x-1)$ 在 $[1,2]$ 上有零点为 $1$;
    假设命题对 $n$ 成立,即 $f_n(x)$ 至少有 $n$ 个零点,从小到大设为 $x_i$,$i=1,2,\cdots,n$.
    考虑函数 $f_{n+1}(x)=f\left(f_{n}(x)\right)$ 的零点,即$$f_n(x)=0 \text{或} f_n(x)=1,$$第一个方程根据归纳假设有根 $x=x_i$,$i=1,2,\cdots,n$.而另一方面,根据$$\begin{cases}f_n\left(x_n\right)-1=-1<0,\\f_n(2)-1=1>0,\end{cases}$$因此由零点的存在性定理可得方程 $f_n(x)=1$ 至少有一个在 $\left(x_n,2\right)$ 上的根.
    于是函数 $f_{n+1}(x)$ 至少有 $n+1$ 个零点,命题对 $n+1$ 也成立.
    综上,命题得证.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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