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）判斷函數(shù)f(x)=

x

2

+

sinx

4

是否是集合M中的元素，并說(shuō)明理由；
（Ⅱ）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x₀∈[m，n]，使得等式f（n）-f（m）=（n-m）f'（x₀）成立”，試用這一性質(zhì)證明：方程f（x）-x=0只有一個(gè)實(shí)數(shù)根；
（Ⅲ）設(shè)x₁是方程f（x）-x=0的實(shí)數(shù)根，求證：對(duì)于f（x）定義域中任意的x₂、x₃，當(dāng)|x₂-x₁|＜1，且|x₃-x₁|＜1時(shí)，|f（x₃）-f（x₂）|＜2．

Answer 1

（I）因?yàn)?span mathtag="math" >f′(x)=

1

2

+

1

4

cosx，所以f′(x)∈[

1

4

，

3

4

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

x

2

+

sinx

4

是的集合M中的元素．（3分）
（II）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；（8分）
（III）不妨設(shè)x₂＜x₃，因?yàn)閒'（x）＞0，
所以f（x）為增函數(shù)，
所以f（x₂）＜f（x₃），
又因?yàn)閒'（x）-1＜0，
所以函數(shù)f（x）-x為減函數(shù)，
所以f（x₂）-x₂＞f（x₃）-x₃，
所以0＜f（x₃）-f（x₂）＜x₃-x₂，
即|f（x₃）-f（x₂）|＜|x₃-x₂|，
所以|f（x₃）-f（x₂）|＜|x₃-x₂|=|x₃-x₁-（x₂-x₁）|≤|x₃-x₁|+|x₂-x₁|＜2（13分）