已知函数 $f(x)=\dfrac{1}{a-x}-1$(其中 $a$ 为常数,$x\ne a$).利用函数 $y=f(x)$ 构造一个数列 $\{x_{n}\}$,方法如下:
对于给定的定义域中的 $x_{1}$,令 $x_{2}=f(x_{1})$,$x_{3}=f(x_{2})$,$\cdots$,$x_{n}=f(x_{n-1})$,$\cdots$
在上述构造过程中,如果 $x_{i}(i=1,2,3,\cdots)$ 在定义域中,那么构造数列的过程继续下去;如果 $x_{i}$ 不在定义域中,那么构造数列的过程就停止.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 题型
    >
    数列
    >
    求数列的通项公式
  • 知识点
    >
    数列
    >
    数列的通项公式
    >
    求数列通项的不动点法
  • 知识点
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    数列
    >
    数列的通项公式
    >
    求数列通项的不动点法
  • 知识点
    >
    函数
    >
    迭代函数
  1. 当 $a=1$ 且 $x_{1}=-1$ 时,求数列 $\{x_{n}\}$ 的通项公式;
    标注
    • 题型
      >
      数列
      >
      求数列的通项公式
    • 知识点
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      数列
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      数列的通项公式
      >
      求数列通项的不动点法
    答案
    $x_{n}=-\dfrac{1}{n}$
    解析
    因为$$f(x)=\dfrac{1}{1-x}-1=\dfrac{x}{1-x},$$不动点为 $x=0$,所以取辅助数列 $y_{n}=\dfrac{1}{x_{n}}$,则\[\dfrac{1}{y_{n+1}}=\dfrac{\dfrac{1}{y_{n}}}{1-\dfrac{1}{y_{n}}},\]即$$y_{n+1}=y_{n}-1,$$所以 $y_{n}=-n$,从而 $x_{n}=-\dfrac{1}{n}$.
  2. 如果可以用上述方法构造出一个常数列,求 $a$ 的取值范围;
    标注
    • 知识点
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      数列
      >
      数列的通项公式
      >
      求数列通项的不动点法
    答案
    $(-\infty,-3]\cup [1,+\infty)$
    解析
    若可以构造出一个常数列,则不动点方程为$$\dfrac{1}{a-x}-1=x,$$即 $x^{2}+(1-a)x+(1-a)=0$ 有解,所以\[\Delta =(1-a)^{2}-4(1-a)\geqslant 0,\]解得 $a\leqslant -3$ 或 $a\geqslant 1$.
    因此 $a$ 的取值范围为 $(-\infty,-3]\cup [1,+\infty)$.
  3. 是否存在实数 $a$,使得取定义域中的任一实数值作为 $x_{1}$,都可用上述方法构造出一个无穷数列 $\{x_{n}\}$?若存在,求出 $a$ 的值;若不存在,请说明理由.
    标注
    • 知识点
      >
      函数
      >
      迭代函数
    答案
    存在,$-1$
    解析
    若要符合题意,则方程 $\dfrac{1}{a-x}-1=a$ 即$$(1+a)x-(a^{2}+a-1)=0$$在定义域 $\mathbb R \setminus \{a\}$ 无解,所以 $a=-1$.
    因此存在实数 $a=-1$ 符合题意.
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 问题3 答案3 解析3 备注3
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