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。

(1)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

(2)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;

(3)在(2)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

解:(1)证明:①函数f(x)=ax(n>1)具有性质P

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

 

因为a>1,

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

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

2f(x)=-2,

所以,f(-2)+f(0)<f(-1),此函数不具有性质P。

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

则f(1)- 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。

(3)不成立

例如

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

而当x∈[0,n](n>2)且当x为无理数时,f(x)>0

所以,在(2)的条件下,“对任意x∈[0,n]均有f(x)≤0”不成立。

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