Question

設(shè)M是由滿足下列條件的函數(shù)f（x）構(gòu)成的集合：“①方程f（x）-x=0有實(shí)數(shù)根；②函數(shù)f（x）的導(dǎo)數(shù)f^′（x）滿足
0＜f^′（x）＜1”
（I）證明：函數(shù)f（x）=

3x

4

+

x3

3

（0≤x＜

1

2

）是集合M中的元素；
（II）證明：函數(shù)f（x）=

3x

4

+

x3

3

（0≤x＜

1

2

）具有下面的性質(zhì)：對(duì)于任意[m，n]⊆[0，

1

2

），都存在x_o∈（m，n），使得等式f（n）-f（m）=（n-m）f^′（x_o）成立．
（III）若集合M中的元素f（x）具有下面的性質(zhì)：若f（x）的定義域?yàn)镈，則對(duì)于任意[m，n]⊆D，都存在x_o∈（m，n），使得等式f（n）-f（m）=（n-m）f^′（x_o）成立．試用這一性質(zhì)證明：對(duì)集合M中的任一元素f（x），方程f（x）-x=0只有一個(gè)實(shí)數(shù)根．

Answer 1

分析：（I）根據(jù)所給的條件得到f′（x）∈[

3

4

，1）滿足條件0＜f′（x）＜1又因?yàn)楫?dāng)x=0時(shí)，飛（0）-0=0，所以方程飛（x）-x=0有實(shí)數(shù)根0．得到結(jié)論．
（II）要證等式f（n）-f（m）=（n-m）f′（x_o）成立，先整理出f（n）-f（m），再做出和n-m的比值，根據(jù)等于的函數(shù)式整理出存在x_o∈（m，n），使得等式f（n）-f（m）=（n-m）f′（x_o）成立．
（III）先假設(shè)方程有兩個(gè)實(shí)根，根據(jù)題意 存在c使得f（n）-f（m）=（n-m）f′（x_o）成立，得到矛盾，最后得到所給的方程只有一個(gè)實(shí)根．

解答：解：（I）證明：因?yàn)閒′（x）=

3

4

+x²且0≤x＜

1

2

所以f′（x）=

3

4

+x²
∴f′（x）∈[

3

4

，1）滿足條件0＜f′（x）＜1
又因?yàn)楫?dāng)x=0時(shí)，飛（0）-0=0，所以方程飛（x）-x=0有實(shí)數(shù)根0．
所以函數(shù)f（x）=

3x

4

+

x3

3

（0≤x＜

1

2

）是集合M中的元素
（II）證明：∵f（n）-f（m）=

3

4

(n-m)+

(n-m)(n2+nm+m2)

3

∴

f(n)-f(m)

n-m

=

3

4

+

(n2+nm+m2)

3

∵[m，n]⊆[0，

1

2

）∴

f(n)-(m)

n-m

=

(n2+nm+m2)

3

∈（

3

4

+m²，

3

4

+n²）．
又∵f′（x）=

3

4

+x²，
∴當(dāng)0≤m＜x＜n＜

1

2

時(shí)，f′（x）∈（

3

4

+m²，

3

4

+n²）．
∴存在x₀∈（m，n）使得

f(n)-(m)

n-m

=f′（x₀）也就是f（n）-（m）=（n-m）f′（x₀）；
（III）假設(shè)方程f（x）-x=0存在兩個(gè)實(shí)數(shù)根α，β（α≠β），則f（α）-α=0，f（β）-β=0不妨設(shè)α＜β，根據(jù)題意存在數(shù)c∈（α，β）
使得等式f（β）-f（α）=（β-α）f′（c）成立．
因?yàn)閒（α）=α，f（β）=β且α≠β，所以f′（c）=1
與已知0＜f′（x）＜1矛盾，所以方程f（x）-x=0只有一個(gè)實(shí)數(shù)根．…（14分）

點(diǎn)評(píng)：本題考查函數(shù)恒成立問題，本題的題干比較長(zhǎng)，解題的關(guān)鍵是讀懂題目，題目的運(yùn)算量不大，只要理解題意這只是一道中檔題目，也可以作為一套試卷中的壓軸題目出現(xiàn)．