Question

函数，定义f（x）的第k阶阶梯函数，其中k∈N^*，f（x）的各阶梯函数图象的最高点P_k（a_k，b_k），最低点Q_k（c_k，d_k）．
（1）直接写出不等式f（x）≤x的解；
（2）求证：所有的点P_k在某条直线L上．
（3）求证：点Q_k到（2）中的直线L的距离是一个定值．

Answer

（1）按分段函数分段标准讨论x，然后解不等式f（x）≤x即可；
（2）先求出函数fk（x）的解析式，然后研究函数fk（x）的单调性，从而得到f（x）的第k阶阶梯函数图象的最高点Pk的坐标，然后求出过PkPk+1这两点的直线的斜率和过Pk+1Pk+2这两点的直线的斜率，可证得所有的点Pk在某条直线L上．
（3）先求出求得最低点，利用点到直线L的距离公式求得结果为定值．
【解析】
（1）当x∈[0，]时，故不等式f（x）=x+≤x，x无解；
当x∈[，1]时，f（x）=2（1-x）≤x，解得x∈．
不等式f（x）≤x的解集为 ．---------（4分）
（2）由f（x）的第k阶阶梯函数的定义可得
，k∈N*．----（6分）
且．
∴f（x）的第k阶阶梯函数图象的最高点为，-----（7分）
第k+1阶阶梯函数图象的最高点为，
所以过PkPk+1这两点的直线的斜率为．--------（8分）
同理可得过Pk+1Pk+2这两点的直线的斜率也为．
所以f（x）的各阶阶梯函数图象的最高点共线，且直线方程为，
即 2x+4y-5=0．----（10分）
（3）证明：同理求得最低点：，点Qk到（2）中的直线L的距离为
．-----（12分）