每日一题[2739]深境螺旋

设函数 $f(x)$ 满足 $f(x)=f\left(\dfrac{1}{x+1}\right)$,定义域为 $D=[0,+\infty)$,值域为 $A$,若对于任何满足条件的函数 $f(x)$,均有 $A\subseteq\{y \mid y=f(x), x \in[0, a]\}$,则参数 $a$ 的取值范围为_______.

答案    $\left[\dfrac{-1+\sqrt5}2,+\infty\right)$.

解析    设数列 $\{a_n\}$ 满足 $a_{n+1}=\dfrac{1}{a_n+1}$($n\in\mathbb N^{\ast}$),设集合 $D(t)$ 为当 $a_1=t$ 时数列 $\{a_n\}$ 中的所有项构成的集合,且\[A(t)=\{y\mid y=f(x),x\in D(t)\},\]则 $A(t)=\{f(t)\}$.记方程 $ x=\dfrac1{x+1} $ 的解为 $ x_0=\dfrac{-1+\sqrt 5}2$,则\[D(x_0)=\{x_0\},\]且当 $t\ne x_0$ 时,有\[x_0\notin D(t),\]因此若对于任何满足条件的函数 $f(x)$,均有 $A\subseteq\{y \mid y=f(x), x \in[0, a]\}$,则\[f(x_0)\in \{y \mid y=f(x), x \in[0, a]\}\implies x_0\in [0,a],\]于是 $a\geqslant x_0$. 当 $a\geqslant x_0$ 时,则当 $a_2\geqslant x_0$ 时,有 $a_3=\dfrac{1}{a_2+1}\in[0,x_0]$,这样就有\[\bigcup_{t\in [x_0,+\infty)}A(t)\subseteq \bigcup_{t\in [0,x_0]}A(t)\implies \bigcup_{t\in [0,x_0]}A(t)=A\implies \{y\mid y=f(x),x\in [0,x_0]\}=A,\]而 $[0,x_0]\subseteq [0,a]$,因此符合题意.

综上所述,参数 $a$ 的取值范围是 $\left[\dfrac{-1+\sqrt5}2,+\infty\right)$.

备注    事实上,由于当 $a_1\in [0,x_0]$ 时,$a_2=\dfrac{1}{a_1+1}\in[x_0,1]$,于是\[\bigcup_{t\in [0,x_0]}A(t)\subseteq\bigcup_{t\in [x_0,1]}A(t)\subseteq\bigcup_{t\in [x_0,+\infty)}A(t),\]因此\[\bigcup_{t\in [x_0,+\infty)}A(t)= \bigcup_{t\in [0,x_0]}A(t).\] 进一步,当 $D_0$ 为包含 $x_0$ 的任意区间时,就有\[A\subseteq \{y\mid y=f(x),x\in D_0\}.\]

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