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22函数与初等函数★★★★☆
已知 f(x)f(x) 是定义在 R\mathbf{R} 上的不恒为零的函数,且对于任意的 aa,b∈Rb\in\mathbf{R} 都满足:f(a⋅b)=af(b)+bf(a)f(a\cdot b)=af(b)+bf(a).
(1) 求 f(0)f(0),f(1)f(1) 的值; (2) 判断 f(x)f(x) 的奇偶性,并证明你的结论; (3) 若 f(2)=2f(2)=2,un=f(2−n)nu_n=\frac{f(2^{-n})}{n}(n∈Nn\in\mathbf{N}),求数列 {un}\{u_n\} 的前 nn 项的和 SnS_n.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 在已知关系中取 a=b=0a=b=0,得 f(0)=0f(0)=0. 再取 a=b=1a=b=1,得 f(1)=2f(1)f(1)=2f(1),所以 f(1)=0f(1)=0. \item 取 a=b=−1a=b=-1,由 f(1)=0f(1)=0 得
0=f(1)=(−1)f(−1)+(−1)f(−1)=−2f(−1)0=f(1)=(-1)f(-1)+(-1)f(-1)=-2f(-1)
故 f(−1)=0f(-1)=0. 对任意 x∈Rx\in\mathbf{R},取 a=−1a=-1、b=xb=x,则
f(−x)=(−1)f(x)+xf(−1)=−f(x)f(-x)=(-1)f(x)+x f(-1)=-f(x)
所以 f(x)f(x) 是奇函数. \item 先求正整数次幂处的函数值. 由 f(1)=0f(1)=0 及 f(2)=2f(2)=2,对 n⩾1n\geqslant1 有
f(2n)=f(2⋅2n−1)=2f(2n−1)+2n−1f(2)=2f(2n−1)+2nf(2^n)=f(2\cdot2^{n-1})=2f(2^{n-1})+2^{n-1}f(2)=2f(2^{n-1})+2^n
用归纳法可得 f(2n)=n2nf(2^n)=n2^n:当 n=0n=0 时,等式为 f(1)=0f(1)=0;若 f(2n−1)=(n−1)2n−1f(2^{n-1})=(n-1)2^{n-1},则
f(2n)=2(n−1)2n−1+2n=n2nf(2^n)=2(n-1)2^{n-1}+2^n=n2^n
再在已知关系中取 a=2na=2^n、b=2−nb=2^{-n},利用 f(1)=0f(1)=0,得到
0=f(1)=2nf(2−n)+2−nf(2n)=2nf(2−n)+n0=f(1)=2^n f(2^{-n})+2^{-n}f(2^n)=2^n f(2^{-n})+n
所以 f(2−n)=−n2nf(2^{-n})=-\frac{n}{2^n},从而
un=f(2−n)n=−12nu_n=\frac{f(2^{-n})}{n}=-\frac{1}{2^n}
因此
Sn=−∑k=1n12k=−(1−2−n)=2−n−1S_n=-\sum_{k=1}^{n}\frac{1}{2^k}=-(1-2^{-n})=2^{-n}-1
\end{enumerate} \end{solution}

2002 · 北京 · 秋季 · 理 · 第 22 题 · 解答题

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