问题 解答题
已知函数f(x)的定义域为[0,1],且满足下列条件:
①对于任意x∈[0,1],总有f(x)≥3,且f(1)=4;
②若x1≥0,x2≥0,x1+x2≤1,则有f(x1+x2)≥f(x1)+f(x2)-3.
(Ⅰ)求f(0)的值;
(Ⅱ)求证:f(x)≤4;
(Ⅲ)当x∈(
1
3n
1
3n-1
](n=1,2,3,…)
时,试证明:f(x)<3x+3.
答案

(Ⅰ)令x1=x2=0,

由①对于任意x∈[0,1],总有f(x)≥3,∴f(0)≥3(1分)

又由②得f(0)≥2f(0)-3,即f(0)≤3;(2分)

∴f(0)=3.(3分)

(Ⅱ)任取x1,x2∈[0,1],且设x1<x2

则f(x2)=f[x1+(x2-x1)]≥f(x1)+f(x2-x1)-3,

因为x2-x1>0,所以f(x2-x1)≥3,即f(x2-x1)-3≥0,

∴f(x1)≤f(x2).(5分)

∴当x∈[0,1]时,f(x)≤f(1)=4.(6分)

(Ⅲ)证明:先用数学归纳法证明:f(

1
3n-1
)≤
1
3n-1
+3(n∈N*)

(1)当n=1时,f(1)=f(

1
30
)=4=1+3=
1
30
+3(2),不等式成立;(7分)

(3)假设当n=k时,f(

1
3k-1
)≤
1
3k-1
+3(k∈N*)(4)

f(

1
3k-1
)=f[
1
3k
+(
1
3k
+
1
3k
)]≥f(
1
3k
)+f(
1
3k
+
1
3k
)-3≥f(
1
3k
)+f(
1
3k
)+f(
1
3k
)-6

3f(

1
3k
)≤f(
1
3k-1
)+6≤
1
3k-1
+9.

f(

1
3k
)≤
1
3k
+3.

所以,当n=k+1时,不等式成立;(10分)

由(1)、(2)可知,不等式f(

1
3n-1
)≤
1
3n-1
+3对一切正整数都成立.(11分)

于是,当x∈(

1
3n
1
3n-1
](n=1,2,3,)时,3x+3>3×
1
3n
+3=
1
3n-1
+3≥f(
1
3n-1
)

所以,f(x)≤f(

1
3n-1
)≤3x+3.(13分)

单项选择题
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