已知函数 $f_1(x)=f(x)=x(x-1)$,$f_n(x)=f(f_{n-1}(x))$,($n \geqslant 2$),求证:
【难度】
【出处】
无
【标注】
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当 $x>2$ 时,$f_n(x)$ 没有零点;标注答案略解析
归纳基础 当 $x>2$ 时,$$f_1(x)>x>2,$$又 $f_1(x)$ 在 $(2,+\infty)$ 是单调递增的,所以$$f(f_1(x))>f(x)> x>2 .$$即$$f_2(x)>x>2.$$递推证明 假设 $f_k(x)>x>2$,则$$f(f_k(x))>f(x)>x>2,$$即$$f_{k+1}(x)>x>2.$$由数学归纳法,对任意的 $n$,当 $x>2$,$f_n(x)$ 没有零点. -
当 $1\leqslant x \leqslant 2$ 时,$f_n(x)$ 至少有 $n$ 个零点.标注答案略解析用数学归纳法.
归纳基础 当 $n=1$ 时,$f_1(x)$ 在 $[1,2)$ 至少有一个根 $x=1$;递推证明 假设 $n=k$ 时,$f_k(x)$ 至少存在 $k$ 个零点.
当 $n=k+1$ 时,首先易知 $f_k(x)$ 的零点也是 $f_{k+1}(x)$ 的零点,故 $f_{k+1}(x)$ 至少有 $k$ 个零点.
设 $k$ 个零点为 $x_1,x_2,\cdots,x_k$,不失一般性,设 $1\leqslant x_1<x_2<\cdots <x_k<2 $,则 $ f_{k }(x_k)=0$,而 $f_{k }(2)=2$,则由函数 $f_{k }(x)$ 在区间 $[1,2]$ 的连续性,在 $(x_k,2)$ 必有一点 $\bar x$ 使得 $f_{k }(\bar x)=1$,从而$$f_{k+1}(\bar x)=f(f_k(\bar x))=f(1)=0,$$所以 $f_{k+1}(x)$ 至少有 $k+1$ 个零点.
由数学归纳法,对任意的 $n$,$f_{n}(x)$ 至少有 $n$ 个零点.
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