问题 解答题
已知n∈N*,设函数fn(x)=1-x+
x2
2
-
x3
3
+…-
x2n-1
2n-1
,x∈R

(1)求函数y=f2(x)-kx(k∈R)的单调区间;
(2)是否存在整数t,对于任意n∈N*,关于x的方程fn(x)=0在区间[t,t+1]上有唯一实数解?若存在,求t的值;若不存在,说明理由.
答案

(1)因为y=f2(x)-kx=1-x+

x2
2
-
x3
3
-kx,

所以y′=-1+x-x2-k=-(x2-x+k+1),

方程x2-x+k+1=0的判别式△=(-1)2-4(k+1)=-3-4k,

当k≥-

3
4
时,△≤0,y′=-(x2-x+k+1)≤0,

故函数y=f2(x)-kx在R上单调递减;

当k<-

3
4
时,方程x2-x+k+1=0的两根为x1=
1-
-3-4k
2
x2=
1+
-3-4k
2

则x∈(-∞,x1)时,y′<0,x∈(x1,x2)时,y′>0,x∈(x2,+∞)时,y′<0,

故函数y=f2(x)-kx(k∈R)的单调递减区间为(-∞,x1)和(x2,+∞),单调递增区间为(x1,x2);

(2)存在t=1,对于任意n∈N*,关于x的方程fn(x)=0在区间[t,t+1]上有唯一实数解,理由如下:

当n=1时,f1(x)=1-x,令f1(x)=1-x=0,解得x=1,

所以关于x的方程f1(x)=0有唯一实数解x=1;

当n≥2时,由fn(x)=1-x+

x2
2
-
x3
3
+…-
x2n-1
2n-1

得fn′(x)=-1+x-x2+…+x2n-3-x2n-2

若x=-1,则f′n(x)=f′n(-1)=-(2n-1)<0,

若x=0,则f′n(x)=-1<0,

若x≠-1且x≠0时,则f′n(x)=-

x2n-1+1
x+1

当x<-1时,x+1<0,x2n-1+1<0,f′n(x)<0,

当x>-1时,x+1>0,x2n-1+1>0,f′n(x)<0,

所以f′n(x)<0,故fn(x)在(-∞,+∞)上单调递减.

因为fn(1)=(1-1)+(

1
2
-
1
3
)+(
1
4
-
1
5
)+…+(
1
2n-2
-
1
2n-1
)>0,

fn(2)=(1-2)+(

22
2
-
23
3
)+(
24
4
-
25
5
)+…+(
22n-2
2n-2
-
22n-1
2n-1

=-1+(

1
2
-
2
3
)•22+(
1
4
-
2
5
)•24+…+(
1
2n-2
-
2
2n-1
)•22n-2

=-1-

1
2•3
•22-
3
4•5
24
-…-
2n-3
(2n-2)(2n-1)
22n-2
<0,

所以方程fn(x)=0在[1,2]上有唯一实数解,

综上所述,对于任意n∈N*,关于x的方程fn(x)=0在区间[1,2]上有唯一实数解,所以t=1.

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