Question

對于函數f（x），若存在x₀∈R，使得f（x₀）=x₀．則稱x₀為函數f（x）的一個不動點．比如函數h（x）=ln（1+x）有唯一不動點x=0，現已知函數f(x)=

x2+a

bx-c

有且僅有兩個不動點0和2．
（Ⅰ）試求b與c的關系式；
（Ⅱ）若c=2，各項不為0的數列{a_n}滿足4Sn•f(

1

an

)=1，其中S_n為{a_n}的前n項和，試求{a_n}的通項公式；
（Ⅲ）設bn=-

1

an

，Tn為數列{bn}的前n項和．記A=T₂₀₀₉，B=ln2010，C=T₂₀₁₀-1，試比較A，B，C的大小，并說明理由．

Answer 1

分析：（Ⅰ）由x=

x2+a

bx-c

得，（b-1）x²-cx-a=0．由題設知x=0，x=2為該方程的兩個根．由此能求出求b與c的關系式．
（Ⅱ）若c=2，則b=2．所以f（x）=

x2

2x-2

．又由4Sn•f(

1

an

)=1得：a_n+1+a_n=0或a_n-a_n+1=1，故a_n+1-a_n=-1，由此能求出a_n．
（Ⅲ）由b_n=-

1

an

=

1

n

，知T_n=1+

1

2

+

1

3

+…+

1

n

，構造函數φ（x）=ln（1+x）-x（x＞0），證明不等式

1

n+1

＜ln(1+

1

n

)＜

1

n

．由此能夠得到T₂₀₁₀-1＜ln2010＜T₂₀₀₉，即C＜B＜A．

解答：解：（Ⅰ）由x=

x2+a

bx-c

得，
（b-1）x²-cx-a=0．
由題設知x=0，x=2為該方程的兩個根．
∴a=0，0+2=

c

b-1

，
即：2b-c=2且c≠0．…（2分）
（Ⅱ）若c=2，則b=2．
∴f（x）=

x2

2x-2

．又由4Sn•f(

1

an

)=1得：
4S_n•

( 1 an )2

2( 1 an )-2

=1⇒2Sn=an-a_n²，…①，
又由2S_n+1=a_n+1-a_n+1²…②
②式-①式可得：2a_n+1=a_n+1-a_n+1²-a_n+a_n²，
∴（a_n+1+a_n）•（a_n-a_n+1-1）=0，
∴a_n+1+a_n=0或a_n-a_n+1=1．…（4分）
當n=1時，有2a₁=a₁-a₁²，
得a₁=0（舍）或a₁=-1．
當a_n+a_n+1=0時，a₂=1．
但a₂=1不在函數f（x）=

x2

2x-2

的定義域內，
∴a_n+a_n+1≠0．…（6分）
故a_n+1-a_n=-1，
即{a_n}為等差數列，
∴a_n=-n．…（7分）
（Ⅲ）∵b_n=-

1

an

=

1

n

，
∴T_n=1+

1

2

+

1

3

+…+

1

n

，
以下首先證明不等式

1

n+1

＜ln(1+

1

n

)＜

1

n

．…（8分）
事實上要證ln(1+

1

n

)＜

1

n

，
可構造函數φ（x）=ln（1+x）-x（x＞0），
則?′（x）=

1

1+x

-1＜0對一切x＞0恒成立，
∴?（x）在（0，+∞）上單調遞減．
∴φ（x）＜φ（0）=0，
即：ln（1+x）-x＜0，
也即：ln（1+x）＜x，
我們取x=

1

n

，
∴ln(1+

1

n

)＜

1

n

．…（9分）
另一方面我們又設函數g（x）=

x

1+x

-ln（1+x）（x＞0），
則g′（x）=

(1+x)-x

(1+x)2

-

1

1+x

=

1

(1+x)2

-

1

1+x

=

-x

(1+x)2

＜0．
故g（x）在（0，+∞）上單調遞減，
∴g（x）＜g（0）=0，
即

x

1+x

＜ln（1+x）（x＞0）．
我們取x=

1

n

，
∴

1 n

1+ 1 n

＜ln(1+

1

n

)⇒

1

n+1

＜ln(1+

1

n

)．…(12分)
綜上：

1

n+1

＜ln(1+

1

n

)＜

1

n

，即

1

n+1

＜ln

n+1

n

＜

1

n

，也即：

1

n+1

＜ln(n+1)-lnn＜

1

n

，
分別令n=1，2，3，…，2009得：

1 2 ＜ln2-ln1＜ 1 1 ， 1 3 ＜ln3-ln2＜ 1 2 ， 1 4 ＜ln4-ln3＜ 1 3 ， … 1 2010 ＜ln2010-ln2009＜ 1 2009 ，…(13分)

將這2009個式子累加得：T₂₀₁₀-1＜ln2010＜T₂₀₀₉，即C＜B＜A…（14分）．

點評：本題考查數列和不等式的綜合運用，考查運算求解能力，推理論證能力；考查函數與方程思想，化歸與轉化思想．綜合性強，是高考的重點，易錯點是知識體系不牢固．解題時要注意合理地構造函數簡化運算．