问题 解答题
对于函数f(x),若存在x0∈R,使f(x0)=x0成立,则称x0
f(x)的不动点.如果函数f(x)=
x2+a
bx-c
有且仅有两个不动点0、2.
(1)求b、c满足的关系式;
(2)若c=时,相邻两项和不为零的数列{an}满足4Snf(
1
an
)
=1(Sn是数列{an}的前n项和),求证:(1-
1
an
)an+1
1
e
<(1-
1
an
)an

(3)在(2)的条件下,设bn=-
1
an
,Tn是数列{bn}的前n项和,求证:T2012-1<ln2012<T2011
答案

(1)设

x2+a
bx-c
=x的不动点为0和2

-
a
c
=0
4+a
2b-c
=2
a=0
b=1+
c
2
即b、c满足的关系式:b=1+
c
2
且c≠0

(2)∵c=2∴b=2∴f(x)=

x2
2(x-1)
(x≠1),

由已知可得2Sn=an-an2①,且an≠1.

当n≥2时,2Sn-1=an-1-an-12②,

①-②得(an+an-1)(an-an-1+1)=0,∴an=-an-1或an=-an-1=-1,

当n=1时,2a1=a1-a12⇒a1=-1,

若an=-an-1,则a2=1与an≠1矛盾.∴an-an-1=-1,∴an=-n

∴要证待证不等式,只要证(1+

1
n
)-(n+1)
1
e
(1+
1
n
)
-n

即证(1+

1
n
)n<e<(1+
1
n
)
n+1

只要证nln(1+

1
n
)<1<(n+1)ln(1+
1
n
),即证
1
n+1
<ln(1+
1
n
)<
1
n

考虑证不等式

x
1+x
<ln(x+1)<x(x>0)**.

令g(x)=x-ln(1+x),h(x)=ln(x+1)-

x
1+x
(x>0).

∴g'(x)=

x
1+x
,h'(x)=
x
(1+x)2

∵x>0,∴g'(x)>0,h'(x)>0,∴g(x)、h(x)在(0,+∞)上都是增函数,

∴g(x)>g(0)=0,h(x)>h(0)=0,∴x>0时,

x
1+x
<ln(x+1)<x.

令x=

1
n
则**式成立,∴(1-
1
an
)
an+1
1
e
(1-
1
an
)
an

(3)由(2)知bn=

1
n
,则Tn=1+
1
2
+
1
3
+…+
1
n

1
n+1
<ln(1+
1
n
)<
1
n
中,令n=1,2,3,…,2011,并将各式相加,

1
2
+
1
3
+…+
1
2012
<ln
2
1
+ln
3
2
+…+ln
2012
2011
<1+
1
2
+
1
3
+…+
1
2011

即T2012-1<ln2012<T2011

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