Question

A是定義在[2，4]上且滿足如下兩個(gè)條件的函數(shù)Φ（x）組成的集合：
①對(duì)任意的x∈[1，2]，都有Φ（2x）∈（1，2）；
②存在常數(shù)L（0＜L＜1），使得對(duì)任意的x₁，x₂∈[1，2]，都有|Φ（2x₁）-Φ（2x₂）|≤L|x₁-x₂|；
（1）設(shè)，證明：Φ（x）∈A；
（2）設(shè)Φ（x）∈A，如果存在x∈（1，2），使得x=Φ（2x），那么，這樣的x是唯一的；
（3）設(shè)Φ（x）∈A，任取x₁∈（1，2），令x_n+1=Φ（2x_n），n=1，2，…，
證明：給定正整數(shù)k，對(duì)任意的正整數(shù)p，不等式成立．

Answer 1

【答案】分析：（1）欲證Φ（x）∈A，即證Φ（x）滿足條件的兩條：①②．
①對(duì)任意，所以φ（2x）∈（1，2）．
②對(duì)任意x₁，x₂∈（1，2），|φ（2x₁）-φ（2x₂）|利用絕對(duì)值不等式的性質(zhì)得到：0＜L＜1，|φ（2x₁）-φ（2x₂）|≤L|x₁-x₂|，所以φ（x）∈A；
（2）利用反證法證明：先假設(shè)存在x，x′∈（1，2），x≠x′，使得x=φ（2x），x′=φ（2x′），
則由條件得出與題設(shè)矛盾，故結(jié)論成立；
（3）先由|x₃-x₂|=|φ（2x₂）-φ（2x₁）|≤L|x₂-x₁|，所以進(jìn)一步可得|x_n+1-x_n|≤L^n-1|x₂-x₁|，n∈N*，最后利用放縮法得到證明．
解答：證明：（1）對(duì)任意，
于是，（2分）
又，
所以φ（2x）∈（1，2）．
對(duì)任意x₁，x₂∈（1，2），|φ（2x₁）-φ（2x₂）|
==
由于，
所以，（4分）
令，
則0＜L＜1，|φ（2x₁）-φ（2x₂）|≤L|x₁-x₂|，所以φ（x）∈A．（7分）
（2）反證法：設(shè)存在x，x′∈（1，2），x≠x′，使得x=φ（2x），x′=φ（2x′），
則由|φ（2x）-φ（2x′）|≤L|x-x′|，
得|x-x'|≤L|x-x'|，所以L≥1，與題設(shè)矛盾，故結(jié)論成立．（10分）
（3）|x₃-x₂|=|φ（2x₂）-φ（2x₁）|≤L|x₂-x₁|，所以進(jìn)一步可得|x_n+1-x_n|≤L^n-1|x₂-x₁|，n∈N*，（12分）
于是|x_k+p-x_k|=|（x_k+p-x_k+p-1）+（x_k+p-1-x_k+p-2）+…+（x_k+1-x_k）|
≤|x_k+p-x_k+p-1|+|x_k+p-1-x_k+p-2|+…+|x_k+1-x_k|≤L^k+p-2|x₂-x₁|+L^K+P-3|x₂-x₁|+…+L^k-1|x₂-x₁|=．（16分）
點(diǎn)評(píng)：本題考查的是抽象函數(shù)問題及其應(yīng)用、反證法等．在解答的過程當(dāng)中充分體現(xiàn)了反證法的思想、問題轉(zhuǎn)化的思想以及絕對(duì)值不等式性質(zhì)應(yīng)用．值得同學(xué)們體會(huì)和反思．