问题 解答题

已知函数f(x)满足下列条件:

(Ⅰ)定义域为[0,1];

(Π)对于任意x∈[0,1],f(x)≥0,且f(1)=1;

(Ⅲ)当x1≥0,x2≥0,x1+x2≤1时,f(x1+x2)≥f(x1)+f(x2)成立.

(1)求f(0)的值;

(2)证明:对于任意的0≤x≤y≤1,都有f(x)≤f(y)成立;

(3)当0≤x≤1时,探究f(x)与2x的大小关系,并证明你的结论.

答案

(1)由函数f(x)满足条件(Π)知f(0)≥0;(1分)

在条件(Ⅲ)中,令x1=x2=0得:f(0)≥f(0)+f(0),

∴f(0)≤0;(3分)

故f(0)=0.(4分)

(2)证明:对于任意的0≤x≤y≤1,有0≤y-x≤1成立;(5分)

由f(x)满足条件(Π)可得:f(y-x)≥0;(6分)

再由f(x)满足条件(Ⅲ)可得:

f(y)=f[(y-x)+x]≥f(y-x)+f(x)≥f(x),(8分)

即对于任意的0≤x≤y≤1,都有f(x)≤f(y)成立;(9分)

(3)当

1
2
≤x≤1时,2x≥1,

由第(2)问结论知f(x)≤f(1)=1,∴f(x)≤2x;

当x=0时,由f(0)=0知f(x)≤2x也成立;

故可猜想:当0≤x≤1时,f(x)≤2x(10分)

下面用反证法证明猜想成立:

假设存在x°∈[0,1],使得f(x0)>2x0

由f(0)=0知x0≠0,故必存在正整数k

使得x0[

1
2k
1
2k-1
],∴x0,2x0,4x0,,2k-1x0均在[0,1上,

由条件(Ⅲ)及假设知:

f(2x0)=f(x0+x0)≥f(x0)+f(x0)=2f(x0)>4x0

故f(4x0)>8x0,,f(2k-1x0)>2kx0;(12分)

∵x0[

1
2k
1
2k-1
],∴
1
2
2k-1x0≤1
,∴f(2k-1x0)≤f(1)=1

又∵2kx0≥1,f(2k-1x0)>2kx0

∴f(2k-1x0)>1,与f(2k-1x0)≤1矛盾,故假设不成立;

所以对于任意的0≤x≤1,都有f(x)≤2x成立.(14分)

名词解释
问答题