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.
(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
≤x≤1时,2x≥1,1 2
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
],∴x0,2x0,4x0,,2k-1x0均在[0,1上,1 2k-1
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
≤2k-1x0≤1,∴f(2k-1x0)≤f(1)=11 2
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)