问题 解答题
定义在D={x∈R|x≠0}上的函数f(x)满足两个条件:①对于任意x、y∈D,都有f(x)f(y)-f(xy)=
x2+y2
xy
;②曲线y=f(x)存在与直线x+y+1=0平行的切线.
(Ⅰ)求过点(-1,
1
4
)的曲线y=f(x)的切线的一般式方程;
(Ⅱ)当x∈(0,+∞),n∈N+时,求证:fn(x)-f(xn)≥2n-2.
答案

(Ⅰ)令x=y=1得,f2(1)-f(1)=2,解得f(1)=-1或f(1)=2.

当f(1)=-1时,令y=1得,f(x)=-

x2+1
2x
,即f(x)=-
1
2
(x+
1
x
),

f′(x)=-

1
2
(1-
1
x2
),

由f′(x)=-1得,x2=-1,此方程在D上无解,这说明曲线y=f(x)不存在与直线x+y+1=0平行的切线,不合题意,

则f(1)=2,此时,令y=1得,f(x)=

x2+1
x
=x+
1
x
,f′(x)=1-
1
x2

由f′(x)=-1得,x2=

1
2
,此方程在D上有解,符合题意.

设过点(-1,

1
4
)的切线切曲线y=f(x)于(x0,x0+
1
x0
),则切线的斜率为1-
1
x02

其方程为y-x0-

1
x0
=(1-
1
x02
)(x-x0),把点(-1,
1
4
)的坐标代入整理得,

5x02-8x0-4=0,解得x0=-

2
5
或x0=2,

把x0=-

2
5
或x0=2分别代入上述方程得所求的切线方程是:y=-
21
4
x-5和y=
3
4
x+1,

即21x+4y+20=0和3x-4y+4=0.

(Ⅱ)由(Ⅰ)知f(x)=x+

1
x
,当n∈N*时,

fn(x)-f(xn)=(x+

1
x
)n-(xn+
1
xn

=

C1n
xn-1
1
x
+
C2n
xn-2
1
x2
+…+
Cn-2n
x2
1
xn-2
+
Cn-1n
x•
1
xn-1

=

C1n
xn-2+
C2n
xn-4+…+
Cn-2n
1
xn-4
+
Cn-1n
1
xn-2

由x∈(0,+∞),n∈N*知,xn∈(0,+∞),那么

2(fn(x)-f(xn))=

C1n
xn-2+
C2n
xn-4+…+
Cn-2n
1
xn-4
+
Cn-1n
1
xn-2

+

Cn-1n
1
xn-2
+
Cn-2n
1
xn-4
+…+
C2n
xn-4+
C1n
xn-2

=

C1n
xn-2+
C2n
xn-4+…+
Cn-2n
1
xn-4
+
Cn-1n
1
xn-2

+

C1n
1
xn-2
+
C2n
1
xn-4
+…+
Cn-2n
xn-4+
Cn-1n
xn-2

=

C1n
(xn-2+
1
xn-2
)+
C2n
(xn-4+
1
xn-4
)+…+
Cn-1n
(xn-2+
1
xn-2

≥2

C1n
+2
C2n
+…+2
Cn-1n

=2(

C1n
+
C2n
+…+
Cn-1n

=2[(

C0n
+
C1n
+
C2n
+…+
Cn-1n
+
Cnn
)-
C0n
-
Cnn
)]

=2(2n-2)

所以fn(x)-f(xn)≥2n-2.

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