问题 解答题
已知函数f(x)=ex-1,g(x)=
x
+x
,其中e是自然对数的底,e=2.71828….
(1)证明:函数h(x)=f(x)-g(x)在区间(1,2)上有零点;
(2)求方程f(x)=g(x)根的个数,并说明理由;
(3)若数列{an}(n∈N*)满足a1=a(a>0)(a为常数),f(an+1)=g(an),证明:存在常数M,使得对于任意n∈N*,都有an≤M.
答案

(1)证明:由h(x)=f(x)-g(x)=ex-1-

x
-x,得:

h(1)=e-3<0,h(2)=e2-2-

2
>0,

所以函数h(x)在区间(1,2)上有零点.

(2)由(1)得:h(x)=ex-1-

x
-x,

g(x)=

x
+x知,x∈[0,+∞),而h(0)=0,则x=0为h(x)的一个零点,且h(x)在(1,2)内有零点,

因此h(x)至少有两个零点.

所以h′(x)=ex-

1
2
x-
1
2
-1,记φ(x)=ex-
1
2
x-
1
2
-1,则φ′(x)=ex+
1
4
x-
3
2

当x∈(0,+∞)时,φ'(x)>0,因此φ(x)在(0,+∞)上单调递增,则φ(x)在(0,+∞)内至多只有一个零点.h(x)有且只有两个零点.

所以,方程f(x)=g(x)根的个数为2.

(3)记h(x)的正零点为x0,即ex0-1=x0+

x0

(1)当a<x0时,由a1=a,即a1<x0.而a23=a1+

a1
x0+
x0
=ex0-1,因此a2<x0,由此猜测:an<x0.下面用数学归纳法证明:

①当n=1时,a1<x0显然成立;

②假设当n=k(k≥1)时,有ak<x0成立,则当n=k+1时,由ak+13=ak+

ak
x0+
x0
=ex0-1知,ak+1<x0,因此,当n=k+1时,ak+1<x0成立.

故对任意的n∈N*,an<x0成立.

(2)当a≥x0时,由(1)知,h(x)在(x0,+∞)上单调递增.则h(a)≥h(x0)=0,即a3≥a+

a
.从而a23=a1+
a1
=a+
a
a3
,即a2≤a,由此猜测:an≤a.下面用数学归纳法证明:

①当n=1时,a1≤a显然成立;

②假设当n=k(k≥1)时,有ak≤a成立,则当n=k+1时,由ak+13=ak+

ak
≤a+
a
a3知,ak+1≤a,因此,当n=k+1时,ak+1≤a成立.

故对任意的n∈N*,an≤a成立.

综上所述,存在常数M=max{x0,a},使得对于任意的n∈N*,都有an≤M.

单项选择题 A1/A2型题
单项选择题