问题 解答题
设函数f(x)=
1
a
x,0≤x≤a
 
1
1-a
(1-x),
a<x≤1
常数且a∈(0,1).
(1)当a=
1
2
时,求f(f(
1
3
));
(2)若x0满足f(f(x0))=x0,但f(x0)≠x0,则称x0为f(x)的二阶周期点,试确定函数有且仅有两个二阶周期点,并求二阶周期点x1,x2
(3)对于(2)中x1,x2,设A(x1,f(f(x1))),B(x2,f(f(x2))),C(a2,0),记△ABC的面积为s(a),求s(a)在区间[
1
3
1
2
]上的最大值和最小值.
答案

(1)当a=

1
2
时,求f(
1
3
)=
2
3
,故f(f(
1
3
))=f(
2
3
)=2(1-
2
3
)=
2
3

(2)f(f(x))=

1
a2
x,0≤x≤a2
1
a(1-a)
(a-x),a2<x≤a
1
(1-a)2
(x-a),a<x≤a2-a+1
1
a(1-a)
(1-x),a2-a+1<x≤1

当0≤x≤a2时,由

1
a2
x=x,解得x=0,因为f(0)=0,故x=0不是函数的二阶周期点;

当a2<x≤a时,由

1
(1-a)2
(x-a)=x,解得x=
a
-a2+a+1
∈(a2,a)

因为f(

a
-a2+a+1
)=
1
a
×
a
-a2+a+1
=
1
-a2+a+1
a
-a2+a+1

故x=

a
-a2+a+1
是函数的二阶周期点;

当a<x≤a2-a+1时,由

1
(1-a)2
(x-a)=x,解得x=
1
2-a
∈(a,a2-a+1),因为f(
1
2-a
)=
1
2-a
,故得x=
1
2-a
不是函数的二阶周期点;

当a2-a+1<x≤1时,由

1
a(1-a)
(1-x)=x,解得x=
1
-a2+a+1
∈(a2-a+1,1),因为f(
1
-a2+a+1
)=
a
-a2+a+1
1
-a2+a+1
,故x=
1
-a2+a+1
是函数的二阶周期点;

因此函数有两个二阶周期点,x1=

a
-a2+a+1
,x2=
1
-a2+a+1

(3)由(2)得A(

a
-a2+a+1
a
-a2+a+1
),B(
1
-a2+a+1
1
-a2+a+1

则s(a)=S△OCB-S△OCA=

1
2
×
a2(1-a)
-a2+a+1
,所以s′(a)=
1
2
×
a(a3-2a2-2a+2)
-a2+a+1

因为a∈(

1
3
1
2
),有a2+a<1,所以s′(a)=
1
2
×
a(a3-2a2-2a+2)
-a2+a+1
=
a[(a+1)(a-1)2+(1-a2-a)]
(-a2+a+1)2
×
1
2
>0(或令g(a)=a3-2a2-2a+2利用导数证明其符号为正亦可)

s(a)在区间[

1
3
1
2
]上是增函数,

故s(a)在区间[

1
3
1
2
]上的最小值为s(
1
3
)=
1
33
,最大值为s(
1
2
)=
1
20

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判断题