问题 解答题
已知函数f(x)=
ax-1
ax+1
(a>0且a≠1),设函数g(x)=f(x-
1
2
)+1

(1)求证:f(x)是奇函数;
(2)求g(x)+g(1-x)及g( 0 )+g( 
1
4
 )+g( 
1
2
 )+g( 
3
4
 )+g( 1 )
的值;
(3)是否存在正整数a,使不等式
a
•g(n)
g(1-n)
n2
对一切n∈N*都成立,若存在,求出正整数a的最小值;不存在,说明理由;
(4)结合本题加以推广:设F(x)是R上的奇函数,请你写出一个函数G(x)的解析式;并根据第(2)小题的结论,猜测函数G(x)满足的一般性结论.
答案

(1)任取x∈R,于是f(-x)=

a-x-1
a-x+1
=
1-ax
1+ax
=-f(x),所以f(x)是奇函数. …(3分)

(2)由(1)知f(0)=0,所以g(

1
2
)=f(0)+1=1,…(4分)

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

1
2
)+f(-x+
1
2
)+2=2.…(6分)g( 0 )+g( 
1
4
 )+g( 
1
2
 )+g( 
3
4
 )+g( 1 )=g( 0 )+g( 1 )+g( 
1
4
 )+g( 
3
4
 )+g( 
1
2
 )=2+2+1=5

(3)假设存在正整数a,使

a
•g(n)
g (1-n)
n2对一切n∈N*都成立.

g(n)=

2an
an+
a
g(1-n)=1-g(n)=
2
a
a
+an
,得
a
•g(n)
g (1-n)
=
a
•2an
2
a
=an
.…(10分)

当a=1和a=2时,不等式an>n2显然不成立.…(11分)

猜想当a≥3时,an≥3n>n2.…(12分)

下面证明3n>n2对一切n∈N*都成立:

①当n=1时,显然3>1.

②当n≥2时,3n=(1+2)n=1+2Cn1+4Cn2+…+Cnn×2n≥1+2n+2n(n-1)=2n2+1>n2成立.(14分)

则3n>n2对一切n∈N*都成立.所以存在最小正整数a=3.…(15分)

证法二:

①当n=1时,3>1,当n=2时,9>4,不等式成立.

②假设当n=k(k≥2)时,3k>k2

则当n=k+1时,3k+1=3×3k>3k2=k2+k2+k2>k2+2k+1=(k+1)2,不等式也成立.…(14分)

则3n>n2对一切n∈N*都成立.所以存在最小正整数a=3.…(15分)

(4)如设F(x)=x3,G(x)=(x-a)3+b等均可.…(16分)

则函数G(x)满足的一般性结论为G(a)=b,G(x)+G(2a-x)=2b.…(18分)

形如设G(x)=F(x-a)+b.G(x)满足的性质为:G(a)=b,G(x)+G(2a-x)=2b.

G(x)=F( x-

1
2
 )+b则G( 0 )+G( 
1
n
 )+G( 
2
n
 )+G( 
3
n
 )+…+G( 1 )=(n+1)b
等…(18分)

多项选择题
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