问题 解答题
已知定义域为[0,1]的函数f(x)同时满足:
①对于任意的x∈[0,1],总有f(x)≥0;
②f(1)=1;
③若0≤x1≤1,0≤x2≤1,x1+x2≤1,则有f (x1+x2)≥f (x1)+f (x2).
(1)试求f(0)的值;
(2)试求函数f(x)的最大值;
(3)试证明:当x∈(
1
2n
1
2n-1
]
,n∈N+时,f(x)<2x.
答案

(1)令x1=x2=0,依条件(3)可得f(0+0)≥2f(0),即f(0)≤0

又由条件(1)得f(0)≥0故f(0)=0(3分)

(2)任取0≤x1<x2≤1可知x2-x1∈(0,1],则

f(x2)=f[(x2-x1)+x1]≥f(x2-x1)+f(x1)≥f(x1

于是当0≤x≤1时,有f(x)≤f(1)=1因此当x=1时,f(x)取最大值1.(8分)

(3)证明:先用数学归纳法证明:当x∈(

1
2n
1
2n-1
](n∈N+)时,f(x)≤
1
2n-1

10当n=1时,x∈(

1
2
,1],f(x)≤f(1)=1=
1
20
,不等式成立.

当n=2时,x∈(

1
4
1
2
],
1
2
<2x≤1,f(2x)≤1,f(2x)≥f(x)+f(x)=2f(x)

∴f(x)≤

1
2
f(2x)≤
1
2
不等式成立.

20假设当n=k(k∈N+,k≥2)时,不等式成立,即x∈(

1
2k
1
2k-1
]时,f(x)≤
1
2k-1

则当n=k+1时,x∈(

1
2k+1
1
2k
],记t=2x,则t=2x∈(
1
2k
1
2k-1
]
,∴f(t)≤
1
2k-1

而f(t)=f(2x)≥2f(x),∴f(x)≤

1
2
f(2x)=
1
2
f(t)≤
1
2(k+1)-1

因此当n=k+1时不等式也成立.

由10,20知,当x∈(

1
2n
1
2n-1
](n∈N+)时,f(x)≤
1
2n-1

又当x∈(

1
2n
1
2n-1
](n∈N+)时,2x>
1
2n-1
,此时f(x)<2x.

综上所述:当x∈(

1
2n
1
2n-1
](n∈N+)时,有f(x)<2x.(14分)

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