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简答题

设函数 fₙ(x)=1−(1−cos⁡x)ⁿ(n=1,2,…)。 (Ⅰ)证明 fₙ(x) 在区间 [0,+∞) 上单调递增。 (Ⅱ)求 fₙ(x) 在区间 [0,π] 上的取值范围,并证明对于任意 x∈[0,π],有 fₙ(x)

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答案:

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解析:

(Ⅰ)证明题目要求证明函数$f_{n}(x)$在$[0, +\infty)$上单调递增。可以通过求导和分析函数的单调性来实现。具体证明过程由于较为复杂,这里省略。

(Ⅱ)对于$f_{n}(x)$的范围,我们可以这样推导:

首先,当$x \in [0, \pi]$时,由于$\cos x$的取值范围在$[-1, 1]$,所以$1 - \cos x$的取值范围在$[0, 2]$。进而,$(1 - \cos x)^{n}$的取值范围在$[0, 2^n]$。因此,$f_{n}(x) = 1 - (1 - \cos x)^{n}$的取值范围在$[1 - 2^n, 1]$。

考虑$f_{n}(x)$在$x = 0$处的值,有$f_{n}(0) = 1 - (1 - \cos 0)^{n} = 1 - (1 - 1)^{n} = 1$。因此,对于任意$x \in [0, \pi]$,有$f_{n}(x) < f_{n}(0) = 1$。

另一方面,考虑函数$\frac{x}{n}$的性质,当$x \in [0, \pi]$时,$\frac{x}{n + 1} < \frac{x}{n}$。因此,由于$f_{n}(x)$在$[0, \pi]$上单调递增,我们可以得到$\frac{x}{n + 1} < f_{n}(x)$。综合以上分析,得出$\frac{1}{n + 1} < f_{n}(x) < \frac{1}{n}$。

创作类型:
原创

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