问题 解答题

设函数f(x)=x-xlnx,数列{an}满足0<a1<1,an+1=f(an).求证:

(1)函数f(x)在区间(0,1)是增函数;

(2)an<an+1<1.

答案

(1)见解析(2)见解析

(1)f(x)=x-xlnx,f′(x)=-lnx,当x∈(0,1)时,f′(x)=-lnx>0,故函数f(x)在区间(0,1)上是增函数.

(2)(用数学归纳法)①当n=1时,0<a1<1,a1lna1<0,a2=f(a1)=a1-a1lna1>a1.

由函数f(x)在区间(0,1)是增函数,且f(1)=1,得f(x)在区间(0,1)是增函数,a2=f(a1)=a1-a1lna1<f(1)=1,即a1<a2<1成立.

②假设当n=k(k∈N*)时,ak<ak+1<1成立,

即0<a1≤ak≤ak+1<1,

那么当n=k+1时,由f(x)在区间(0,1]上是增函数,得0<a1≤ak≤ak+1<1,

得f(ak)<f(ak+1)<f(1),而an+1=f(an),则ak+1=f(ak),ak+2=f(ak+1),即ak+1<ak+2<1,也就是说当n=k+1时,an<an+1<1也成立.

由①②可得对任意的正整数n,an<an+1<1恒成立.

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