问题 解答题
设函数f0(x)=x2e-
1
2
x
,记f0(x)的导函数f'0(x)=f1(x),f1(x)的导函数f'1(x)=f2(x),f2(x)的导函数f'2(x)=f3(x),…,fn-1(x)的导函数f'n-1(x)=fn(x),n=1,2,….
(1)求f3(0);
(2)用n表示fn(0);
(3)设Sn=f2(0)+f3(0)+…+fn+1(0),是否存在n∈N*使Sn最大?证明你的结论.
答案

(1)易得,f1(x)=(-

1
2
x2+2x)e -
1
2
x

f2(x)=(

1
4
x2-2x+2)e -
1
2
x

f3(x)=(-

1
8
x2+
3
2
x-3)e -
1
2
x

∴f3(0)=-3.

(2)不失一般性,设函数fn-1(x)=(an-1x2+bn-1x+cn-1)eλx,导函数为fn(x)=(anx2+bnx+cn)eλx

其中n=1,2,…,常数λ≠0,a0=1,b0=c0=0.

对fn-1(x)求导得:fn-1′(x)=[λan-1x2+(2an-1+λbn-1]x+(bn-1+λcn-1)]eλx

故由fn-1′(x)=fn(x)得:an=λan-1    ①,

bn=2an-1+λbn-1 ②,

cn=2bn-1+λcn-1  ③

由①得:ann,n∈N,

代入②得:bn=2λn+λbn-1,即

bn
λn
=
2
λ
+
bn-1
λn-1
,其中n=1,2,…,

故得:bn=2n•λn-2+λcn-1

代入③得:cn=2nλn-2+λcn-1,即

cn
λn
=
2n
λ2
+
cn-1
λn-1
,其中n=1,2,…,

故得:cn=n(n-1)•λn-2

因此fn(0)=cn=n(n-1)λn-2

将λ=-

1
2
代入得:fn(0)=n(n-1)(-
1
2
n-2.其中n∈N.

(3)由(2)知fn+1(0)=n(n+1)(-

1
2
n-1

当n=2k(k=1,2,…)时,S2k-S2k-1=f2k+1(0)=2k(2k+1)(-

1
2
)2k-1<0,

∴S2k-S2k-1<0,S2k<S2k-1故当Sn最大时,n为奇数.

当n=2k+1(k≥2)时,S2k+1-S2k-1=f2k+2(0)+f2k+1(0)

又f2k+2(0)=(2k+1)(2k+2)(-

1
2
)2k,f2k+1(0)=2k(2k+1)(-
1
2
)
2k-1

∴f2k+2(0)+f2k+1(0)=(2k+1)(2k+2)(-

1
2
)2k+2k(2k+1)(-
1
2
)
2k-1
=(2k+1)(k-1)(-
1
2
)
2k-1
<0,

∴S2k+1<S2k-1,因此数列{S2k+1}是递减数列

又S1=f2(0),S3=f2(0)+f3(0)+f3(0)=2,

故当n=1或n=3时,Sn取最大值S1=S3=2.

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