Question

設(shè)函數(shù)f(x)＝x－xlnx，數(shù)列{a_n}滿足0＜a₁＜1，a_n＋1＝f(a_n)．求證：

(1) 函數(shù)f(x)在區(qū)間(0，1)是增函數(shù)；

(2) a_n＜a_n＋1＜1.

Answer 1

證明：(1) f(x)＝x－xlnx，f′(x)＝－lnx，當x∈(0，1)時，f′(x)＝－lnx＞0，故函數(shù)f(x)在區(qū)間(0，1)上是增函數(shù)．

(2) (用數(shù)學(xué)歸納法)①當n＝1時，0＜a₁＜1，a₁ln a₁＜0，a₂＝f(a₁)＝a₁－a₁lna₁＞a₁.

由函數(shù)f(x)在區(qū)間(0，1)是增函數(shù)，且f(1)＝1，得f(x)在區(qū)間(0，1)是增函數(shù)，a₂＝f(a₁)＝a₁－a₁lna₁＜f(1)＝1，即a₁＜a₂＜1成立．

②假設(shè)當n＝k(k∈N^*)時，a_k＜a_k＋1＜1成立，

即0＜a₁≤a_k≤a_k＋1＜1，

那么當n＝k＋1時，由f(x)在區(qū)間(0，1]上是增函數(shù)，得0＜a₁≤a_k≤a_k＋1＜1，

得f(a_k)＜f(a_k＋1)＜f(1)，而a_n＋1＝f(a_n)，則a_k＋1＝f(a_k)，a_k＋2＝f(a_k＋1)，即a_k＋1＜a_k＋2＜1，也就是說當n＝k＋1時，a_n＜a_n＋1＜1也成立．

由①②可得對任意的正整數(shù)n，a_n＜a_n＋1＜1恒成立．