Question

已知定義域為[0，1]的函數f（x）同時滿足以下三個條件：
（1）對任意的x∈[0，1]，總有f（x）＞0；
（2）f（1）=1；
（3）若x₁≥0，x₂≥0，x₁+x₂≤1，則有f（x₁+x₂）≥f（x₁）+f（x₂）成立，則稱f（x）為“友誼函數”，請解答下列各題：
①若已知f（x）為“友誼函數”，求f（0）的值并判斷函數的單調性；
②函數g（x）=2^x-1在區間[0，1]上是否為“友誼函數”？并給出理由．

Answer 1

分析：①賦值可考慮取x₁=x₂=0，代入f（x₁+x₂）≥f（x₁）+f（x₂），可得f（0）≥f（0）+f（0），由已知f（0）≥0，可得f（0）=0，由0≤x₁＜x₂≤1，則0＜x₂-x₁＜1，故有f（x₂）=f（x₂-x₁+x₁）≥f（x₂-x₁）+f（x₁）≥f（x₁），即得結論成立；
②要判斷函數g（x）=2^x-1在區間[0，1]上是否為“友誼函數，只要檢驗函數g（x）=2^x-1在[0，1]上是否滿足（1）g（x）＞0；（2）g（1）=1；（3）x₁≥0，x₂≥0，且x₁+x₂≤1，有g（x₁+x₂）≥g（x₁）+g（x₂）即可．

解答：解：①取x₁=x₂=0，代入f（x₁+x₂）≥f（x₁）+f（x₂），
得f（0）≥f（0）+f（0），化簡可得f（0）≤0
又由f（0）≥0，得f（0）=0
設0≤x₁＜x₂≤1，則0＜x₂-x₁＜1，
所以f（x₂）=f（x₂-x₁+x₁）≥f（x₂-x₁）+f（x₁）≥f（x₁）
故有f（x₁）≤f（x₂），故函數f（x）為定義在[0，1]上的增函數；
②顯然g（x）=2^x-1在[0，1]上滿足（1）g（x）＞0；（2）g（1）=1；（3）若x₁≥0，x₂≥0，且x₁+x₂≤1，則有
g（x₁+x₂）-[g（x₁）+g（x₂）]=2x1+x2-1-[（2x1-1）+（2x2-1）]=（2x2-1）（2x1-1）≥0
故g（x）=2^x-1滿足條件（1）、（2）、（3），
所以g（x）=2^x-1為友誼函數．

點評：采用賦值法是解決抽象函數的性質應用的常用方法，而函數的新定義往往轉化為一般函數性質的研究，本題結合指數函數的性質研究函數的函數的函數值域的應用，指數函數的單調性的應用．