每日一题[854]三个角度看问题

已知f(x)为一元二次函数,且a,f(a),f(f(a)),f(f(f(a)))为正项等比数列,求证:f(a)=a


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分析与解 证法一 设f(x)=mx2+nx+t(m0),数列a,f(a),f(f(a)),f(f(f(a)))的公比为q(q>0),则f(a)=aq,f(f(a))=f(aq)=aq2,f(f(f(a)))=f(aq2)=aq3,

所以{ma2+na+t=aq(1)m(aq)2+naq+t=aq2(2)m(aq2)2+naq2+t=aq3(3)

(1)(2)得ma2(1q2)+na(1q)=aq(1q),
(2)(3)得ma2q2(1q2)+naq(1q)=aq2(1q).

q=1,则f(a)=a

q1,则ma2(1+q)+na=aqma2q(1+q)+na=aq矛盾.所以f(a)=a

证法二 由a,f(a),f(f(a)),f(f(f(a)))成等比数列得f(a)a=f(f(a))f(a)=f(f(f(a)))f(f(a)),


下面用反证法,若f(a)a,则有f(f(a))f(a)f(a)a=f(f(f(a)))f(f(a))f(f(a))f(a).

所以,三点A(a,f(a))B(f(a),f(f(a)))C(f(f(a)),f(f(f(a))))满足kAB=kBC,
所以A,B,C三点共线,与A,B,C三点在抛物线上矛盾,所以f(a)=a

证法三 设数列a,f(a),f(f(a)),f(f(f(a)))的公比为q(q>0),考虑方程f(x)=qx,则a,qa,q2a都是它的解.

因为方程f(x)=qx为一元二次方程,所以a,qa,q2a中至少有两个数相等,又因为q>0,所以只可能有q=1,从而f(a)=a

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