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对形如“存在x0,使得f(f(x0))=x0成立”问题的研究

2021-01-27四川省南充高级中学顺庆校区637000张小丹

中学数学研究(江西) 2021年1期
关键词:等价交点单调

四川省南充高级中学顺庆校区 (637000) 张小丹 李 婷

分析:对于初次遇到这道题的很多同学而言问题的难点是:对条件f(f(x0))=x0的变形处理.左边是“两层”函数,其实我们可以利用函数的单调性去掉一个“f”,再将之化为一个较为熟悉的问题,易于求解.

(2)再研究条件f(f(x0))=x0.若f(x0)x0,因为f(x)单增,∴f(f(x0))>f(x0),与假设矛盾;故f(x0)=x0.

反思1:事实上我们不难发现,只要函数在给定区间上具有单调性,我们都可以如法炮制.

结论不妨设f(x)在所给区间D上是增函数,若存在x0∈D,使得f((x0))=x0,则问题等价于方程f(x)=x在区间D上有解.

证明:若f(x0)x0,因为f(x)单增,∴f(f(x0))>f(x0),与假设矛盾;故有f(x0)=x0.

反思2:我们还可以将原题“存在x0”改为“存在2个x0”或者“存在唯一一个x0”,研究方法相同.

例1已知函数f(x)=ex-x-a,若∃x0∈[0,1],使得f(f(x0))=x0,则a的取值范围是.

详解:f′(x)=ex-1≥0在区间[0,1]上恒成立,∴f(x)在[0,1]上单调递增.∴原问题等价于:方程f(x)=x在区间[0,1]有解.方程f(x)=x可化为ex-x-a=x⟺ex-2x=a2②.设g(x)=ex-2x,x∈[0,1],∴问题②等价于函数g(x)的图像与直线y=a有交点,由g′(x)=ex-2,令g′(x)=0可得x=ln2,∴g(x)在[0,ln2]上递减,在[ln2,1]上递增,从而g(0)=1,g(ln2)=2-2ln2,g(1)=e-2

答案1.D;2.[1,e].

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