设M是由满足下列条件的函数f(x)(x∈R)构成的集合:①方程f(x)-x=0有实数根;②函数f(x)的导数f′(x)满足0<f′(x)<1. (Ⅰ)判断函数f(x)=x/2+cos/8-1/8是否是集合M中的元素,

问题描述:

设M是由满足下列条件的函数f(x)(x∈R)构成的集合:①方程f(x)-x=0有实数根;②函数f(x)的导数f′(x)满足0<f′(x)<1.
(Ⅰ)判断函数f(x)=

x
2
+
cos
8
-
1
8
是否是集合M中的元素,并说明理由;
(Ⅱ)若函数f(x)是集合M中的一个元素,x0是方程f(x)-x=0的实数根,求证:对于定义域中的任意两个实数x1,x2,当|x0-x1|<1且|x2-x0|<1时,不等式|f(x2)-f(x1)|<2成立.

(I)因为f′(x)=

1
2
-
sinx
8
,所以f′(x)∈[
3
8
5
8
],满足条件0<f′(x)<1,
又因为当x=0时,f(
π
4
)-
π
4
>0,f(π)-π<0,
所以方程f(x)-x=0有实数根.
所以函数f(x)=
x
2
+
cos
8
-
1
8
是集合M中的元素.
(II)不妨设x1<x2,因为f'(x)>0,
所以f(x)为增函数,
所以f(x1)<f(x2),
又因为f'(x)-1<0,
所以函数f(x)-x为减函数,
所以f(x1)-x1>f(x2)-x2
所以0<f(x2)-f(x1)<x2-x1
即|f(x2)-f(x1)|<|x2-x1|,
所以|f(x2)-f(x1)|<|x2-x1|=|x2-x0-(x1-x0)|≤|x2-x0|+|x1-x0|<2.