Question

設集合A={x|f（x）=x}，B={x|f[f（x）]=x}．
（1）設f（x）=x²-x-3，求集合A與B；
（2）設f（x）=x²-（2a-1）x+a²（常數a∈R），求證：A=B．
（3）猜測集合A與B的關系并給予證明．

Answer 1

解（1）由A={x|f（x）=x}，知集合A的元素就是方程f（x）=x的解．
即f（x）=x?x²-x-3=x?x=-1或x=3．所以A={-1，3}．
同理，集合B的元素就是方程f[f（x）]=x的解
即（x²-x-3）²-（x²-x-3）-3=x?（x²-x-3）²-x²=0.．所以．
（2）由f（x）=x²-（2a-1）x+a²，
得方程f（x）-x=（x-a）²=0的解為x=a，所以A={a}；
而方程f[f（x）]=x的解是集合B的元素，
即[f（x）]²-f（x）=[f（x）-a]²?[（x-a）²+x-a]²+（x-a）²=0．（x-a）²[（x-a+1）²+1]=0?x=a，所以B={a}．
故A=B．
（3）若A=∅，顯然A⊆B．
若A≠∅，任取x₀∈A，于是f（x₀）=x₀，
則f[f（x₀）]=f（x₀）=x₀，所以x₀∈B，∴A⊆B．
分析：（1）集合A與B，即方程f（x）=x的解集和方程f[f（x）]=x的解集，分別解方程即可
（2）分別解方程f（x）-x=（x-a）²=0和[f（x）]²-f（x）=[f（x）-a]²?[（x-a）²+x-a]²+（x-a）²=0，即可發現兩方程同解
（3）先由（1）（2），猜想A⊆B，再利用子集定義證明對?x₀∈A，都有x₀∈B即可
點評：本題考查了集合的意義，集合間的關系，解題時要熟練掌握一元二次不等式的解法，會運用子集定義證明集合關系