设函数fn(x)=xn+bx+c(n∈N+,b,c∈R)
(1)设n≥2,b=1,c=﹣1,证明:fn(x)在区间内存在唯一的零点;
(2)设n=2,若对任意x1,x2∈[﹣1,1],有|f2(x1)﹣f2(x2)|≤4,求b的取值范围;
(3)在(1)的条件下,设xn是fn(x)在内的零点,判断数列x2,x3,…,xn
的增减性.
设函数fn(x)=xn+bx+c(n∈N+,b,c∈R)
(1)设n≥2,b=1,c=﹣1,证明:fn(x)在区间内存在唯一的零点;
(2)设n=2,若对任意x1,x2∈[﹣1,1],有|f2(x1)﹣f2(x2)|≤4,求b的取值范围;
(3)在(1)的条件下,设xn是fn(x)在内的零点,判断数列x2,x3,…,xn
的增减性.
【考点】数列与函数的综合;根的存在性及根的个数判断.
【专题】函数的性质及应用.
【分析】(1)根据 fn()fn(1)=(
﹣
)×1<0,以及fn(x)在区间
内单调递增,可得fn(x)在区间
内存在唯一的零点.
(2)当n=2,由题意可得函数f2(x)在[﹣1,1]上的最大值与最小值的差M≤4,分当>1时、当﹣1≤﹣
<0时、当0≤﹣
≤1 时三种情况,分别求得b的取值范围,再取并集,即得所求.
(3)证法一:先求出fn(xn)和fn+1(xn+1)的解析式,再由当xn+1∈时,fn(xn)=0=fn+1(xn+1)=
+xn+1﹣1<
+xn+1﹣1=fn(xn+1),且
fn(x)在区间内单调递增,故有xn<xn+1,从而得出结论.
证法二:设xn是fn(x)=xn+x﹣1在内的唯一零点,由fn+1(xn) fn+1(1)<0可得 fn+1(x)的零点在(xn,1)内,从而有 xn<xn+1 (n≥2),由此得出结论.
【解答】解:(1)由于n≥2,b=1,c=﹣1,fn(x)=xn+bx+c=xn+x﹣1,∴fn()fn(1)=(
﹣
)×1<0,
∴fn(x)在区间内存在零点.再由fn(x)在区间
内单调递增,可得fn(x)在区间
内存在唯一的零点.
(2)当n=2,函数f2(x)=x2+bx+c,对任意x1,x2∈[﹣1,1],有|f2(x1)﹣f2(x2)|≤4,
故函数f2(x)在[﹣1,1]上的最大值与最小值的差M≤4.
当>1时,即b>2或 b<﹣2时,M=|f2(﹣1)﹣f2(1)|=2|b|>4,这与题设相矛盾.
当﹣1≤﹣<0时,即0<b≤2时,M=f2(1)﹣
=
≤4 恒成立.
当0≤﹣≤1 时,即﹣2≤b≤0时,M=f2(﹣1)﹣
=
≤4 恒成立.
综上可得,﹣2≤b≤2.
(3)证法一:在(1)的条件下,xn是fn(x)=xn+x﹣1在内的唯一零点,则有fn(xn)=
+xn﹣1=0,
fn+1(xn+1)=+xn+1﹣1=0.
当xn+1∈时,fn(xn)=0=fn+1(xn+1)=
+xn+1﹣1<
+xn+1﹣1=fn(xn+1).
由(1)知,fn(x)在区间内单调递增,故有xn<xn+1,故数列x2,x3,…,xn
单调递增数列.
证法二:设xn是fn(x)=xn+x﹣1在内的唯一零点,
fn+1(xn) fn+1(1)=(+xn﹣1)×1=
+xn﹣1<
+xn﹣1=0,
故fn+1(x)的零点在(xn,1)内,∴xn<xn+1 (n≥2),故数列x2,x3,…,xn单调递增数列.
【点评】本题主要考查方程的根的存在性及个数判断,树立与函数的综合,体现了分类讨论、化归与转化的数学思想,
属于难题.