问题 解答题

已知函数f(x)满足下列条件:(1)函数f(x)定义域为[0,1];(2)对于任意x∈[0,1],f(x)≥0,且f(0)=0,f(1)=1;(3)对于满足条件x1≥0,x2≥0,x1+x2≤1的任意两个数x1,x2,有f(x1+x2)≥f(x1)+f(x2).

(Ⅰ)证明:对于任意的0≤x≤y≤1,有f(x)≤f(y);

(Ⅱ)证明:对于任意的0≤x≤1,有f(x)≤2x;

(Ⅲ)不等式f(x)≤1.9x对于一切x∈[0,1]都成立吗?

答案

(Ⅰ)证明:对于任意的0≤x≤y≤1,

则0≤y-x≤1,∴f(y-x)≥0.

∴f(y)=f(y-x+x)≥f(y-x)+f(x)≥f(x).

∴对于任意的0≤x≤y≤1,有f(x)≤f(y).(5分)

(Ⅱ)由已知条件可得f(2x)≥f(x)+f(x)=2f(x),

∴当x=0时,f(0)=0≤2×0,

∴当x=0时,f(x)≤2x.

假设存在x0∈(0,1],使得f(x0)>2x0

则x0一定在某个区间x0∈(

1
2k
1
2k-1
]上.

x0∈(

1
2k
1
2k-1
],

则f(2x0)>4x0,f(4x0)>8x0,┅,f(2k-1x0)>2kx0

x0∈(

1
2k
1
2k-1
];

可知

1
2
2k-1x0≤1,且2kx0>1,

∴f(2k-1x0)≤f(1)=1,

又f(2k-1x0)>2kx0>1.

从而得到矛盾,因此不存在x0∈(0,1],使得f(x0)>2x0

∴对于任意的0≤x≤1,有f(x)≤2x.(10分)

(Ⅲ)取函数f(x)=

0,0≤x≤
1
2
1,
1
2
<x≤1.

则f(x)显然满足题目中的(1),(2)两个条件.

任意取两个数x1,x2,使得x1≥0,x2≥0,x1+x2≤1,

x1, x2∈[0,

1
2
],

则f(x1+x2)≥0=f(x1)+f(x2).

若x1,x2分别属于区间[0,

1
2
]和(
1
2
,1]
中一个,

则f(x1+x2)=1=f(x1)+f(x2),

而x1,x2不可能都属于(

1
2
,1].

综上可知,f(x)满足题目中的三个条件.

而f(0.51)=1>1.9×0.51=0.969.

即不等式f(x)≤1.9x并不对所有x∈[0,1]都成立.(14分)

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