设an是关于x的方程xn+nx-1=0(n∈N*,x∈(0,+∞))的根.试证明:
(1)an∈(0,1);
(2)an+1<an;
(3)a12+a22+…+an2<1.
证明:(1)设f(x)=xn+nx-1,
∵f(0)=-1<0,f(1)=n>0,
且函数f(x)的图象在(0,+∞)上是连续的,
∴f(x)在(0,1)上至少有一个零点,
即方程xn+nx-1=0在(0,1)内至少有一个根.(3分)
∵x∈(0,+∞),
∴f′(x)=nxn-1+n>0,
∴f(x)在(0,+∞)上是增函数.
∴方程xn+nx-1=0在(0,+∞)内有唯一根,
且根在(0,1)内,即an∈(0,1).(5分)
(2)方法一:∵f()=()n>0,f()=()n+-1=()n-≤0,
且函数f(x)的图象在(0,+∞)上是连续的,
∴f(x)在[,)内至少有一个零点,
即方程xn+nx-1=0在[,)内至少有一个根.
又由(1)知函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,
∴方程xn+nx-1=0在[,)内有唯一根,
∴≤an<.(8分)
∴≤an+1<,
∴an+1<an. (9分)
方法二:由(1)知,ann+nan-1=0,
an+1n+1+(n+1)an+1-1=0,
两式相减得:an+1n+1+(n+1)an+1-ann-nan=0,(7分)
若存在n∈N*,使得an+1≥an,
则an+1≥an>ann,
从而an+1n+1+(n+1)an+1-ann-nan>(n+1)an+1-ann-nan=an+1-ann+nan+1-nan>0,矛盾.
所以an+1<an.(9分)
(3)由题设得a1=,a12=<1,
当n∈N*时,an=<.
∴a12+a22<()2+()2=<1. (12分)
当n≥3时有a12+a22+a32+…+an2<()2+()2+()2+…+()2
<++++…+
=++(-)+(-)+…+(-)
=1-<1.
综上a12+a22+…+an2<1. (14分)