【题目】已知定义在(0,+∞)上的函数f(x)满足下列条件:①f(x)不恒为0;②对任意的正实数x和任意的实数y都有f(xy)=yf(x).
(1)求证:方程f(x)=0有且仅有一个实数根;
(2)设a为大于1的常数,且f(a)>0,试判断f(x)的单调性,并予以证明;
(3)若a>b>c>1,且,求证:f(a)f(c)<[f(b)]2.
【答案】(1)证明见解析(2)证明见解析(3)证明见解析
【解析】
(1)先令y=0,求出方程的实数根,再证明即可.
(2)由条件f(a)>0,根据单调性的定义即可证明f(x)在上是增函数.
(3)根据不等式的性质即可证明f(a)f(c)<[f(b)]2.
(1)证明:令y=0,∵对任意的正实数x和任意的实数y都有f(xy)=yf(x).
则f(1)=0,因此x=1是方程f(x)=0一个实数根.
先证明以下结论:
设0<a,a≠1时,假设x,y>0,则存在m,n,使x=am,y=an,
∵对任意的正实数x和任意的实数y都有f(xy)=yf(x).
∴f(xy)=f(aman)=f(am+n)=(m+n)f(a),
f(x)+f(y)=f(am)+f(an)=mf(a)+nf(a)=(m+n)f(a).
则f(xy)=f(x)+f(y).
令y=0,则f(x)=0,
若方程f(x)=0还有一个实数根,可得f(x)≡0.
与已知f(x)不恒为0矛盾.
因此:方程f(x)=0有且仅有一个实数根;
(2)设xy=ac,则y=logxac,
∴设x0∈(0,1),则f()=(logax0)f(a)<0,
设x1,x2为区间(0,+∞)内的任意两个值,且x1<x2,则0<<1,
由(1)可得:
f(x1)﹣f(x2)=f(x2)﹣f(x2)=f()+f(x2)﹣f(x2)=f()<0
所以f(x1)<f(x2),所以f(x)在(0,+∞)上是增函数.
(3)设xy=ac,则y=logxac,
∴f(ac)=f(xy)=yf(x)=(logxac)f(x)
=(logxa+logxc)f(x)=(logxa)f(x)+(logxc)f(x)
=f(/span>)+f()=f(a)+f(c)
∵b2=ac,
∴f(b2)=f(ac),
即2f(b)=f(a)+f(c),
f(b)= [f(a)+f(c)],
∴[f(b)]2﹣f(a)f(c)=[]2﹣f(a)f(c)=[]2,
下面证明当x≠1时,f(x)≠0.
假设存在x≠1,f(x0)=0,则对于任意x≠1,f(x)=f()=(logx)f(x0)=0
不合题意.所以,当x≠1时,f(x)≠0.
因为a>b>c>1,所以存在m≠1,
f(a)﹣f(c)=f()﹣f()=(logma﹣logmc)f(m)≠0,
所以f(a)≠f(c),所以f(a)f(c)<f2(b).
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