问题 解答题

若函数f(x)对任意的x∈R,均有f(x-1)+f(x+1)≥2f(x),则称函数f(x)具有性质P.

(Ⅰ)判断下面两个函数是否具有性质P,并说明理由.

①y=ax(a>1);    ②y=x3

(Ⅱ)若函数f(x)具有性质P,且f(0)=f(n)=0(n>2,n∈N*),

求证:对任意i∈{1,2,3,…,n-1}有f(i)≤0;

(Ⅲ)在(Ⅱ)的条件下,是否对任意x∈[0,n]均有f(x)≤0.若成立给出证明,若不成立给出反例.

答案

证明:(Ⅰ)①函数f(x)=ax(a>1)具有性质P.…(1分)

f(x-1)+f(x+1)-2f(x)=ax-1+ax+1-2ax=ax(

1
a
+a-2),

因为a>1,ax(

1
a
+a-2)>0,…(3分)

即f(x-1)+f(x+1)≥2f(x),

此函数为具有性质P.

②函数f(x)=x3不具有性质P.…(4分)

例如,当x=-1时,f(x-1)+f(x+1)=f(-2)+f(0)=-8,2f(x)=-2,…(5分)

所以,f(-2)+f(0)<f(-1),

此函数不具有性质P.

(Ⅱ)假设f(i)为f(1),f(2),…,f(n-1)中第一个大于0的值,…(6分)

则f(i)-f(i-1)>0,

因为函数f(x)具有性质P,

所以,对于任意n∈N*,均有f(n+1)-f(n)≥f(n)-f(n-1),

所以f(n)-f(n-1)≥f(n-1)-f(n-2)≥…≥f(i)-f(i-1)>0,

所以f(n)=[f(n)-f(n-1)]+…+[f(i+1)-f(i)]+f(i)>0,

与f(n)=0矛盾,

所以,对任意的i∈{1,2,3,…,n-1}有f(i)≤0.…(9分)

(Ⅲ)不成立.

例如f(x)=

x(x-n)x为有理数
x2 x为无理数.
…(10分)

证明:当x为有理数时,x-1,x+1均为有理数,f(x-1)+f(x+1)-2f(x)=(x-1)2+(x+1)2-2x2-n(x-1+x+1-2x)=2,

当x为无理数时,x-1,x+1均为无理数,f(x-1)+f(x+1)-2f(x)=(x-1)2+(x+1)2-2x2=2

所以,函数f(x)对任意的x∈R,均有f(x-1)+f(x+1)≥2f(x),

即函数f(x)具有性质P.…(12分)

而当x∈[0,n](n>2)且当x为无理数时,f(x)>0.

所以,在(Ⅱ)的条件下,“对任意x∈[0,n]均有f(x)≤0”不成立.…(13分)

(其他反例仿此给分.

f(x)=

0  (x为有理数)
1   (x为无理数)
f(x)=
0  (x为整数)
1  (x为非整数)
f(x)=
0    (x为整数)
x2  (x为非整数)
,等.)

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