Question

已知函數f（x）定義在區間（-1，1）上，f（

1

2

）=-1，且當x，y∈（-1，1）時，恒有f（x）-f（y）=f（

x-y

1-xy

）．又數列{a_n}滿足，a₁=

1

2

，a_n+1=

2an

1+an2

．
（I ）證明：f（x）在（-1，1）上是奇函數
（ II ）求f（a_n）的表達式；
（III）設b_n=

1

2log2|f(an+1)

，T_n為數列{b_n}的前n項和，若T_2n+1-T_n≤

m

15

（其中m∈N^*）對N∈N^*恒成立，求m的最小值．

Answer 1

（Ⅰ）證明：令x=y=0時，則由已知有f（0）-f（0）=f（

0-0

1-0×0

），
可解得f （0）=0．
再令x=0，y∈（-1，1），則有f（0）-f（y）=f（

0-y

1-0•y

），即f （-y）=-f （y），
∴f （x）是（-1，1）上的奇函數．…（4分）
（Ⅱ）令x=a_n，y=-a_n，于是f（a_n）-f（-a_n）=f（

2an

1+ a 2n

），
由已知得2f （a_n）=f （a_n+1），
∴

f(an+1)

f(an)

=2，
∴數列{f（a_n）}是以f（a₁）=f（

1

2

）=-1為首項，2為公比的等比數列．
∴f（a_n）═1×2^n-1=-2^n-1…（8分）
（III）由（II）得f（a_n+1）=-2ⁿ，于b_n=

1

2n

．
∴T_n=b₁+b₂+b₃+…+b_n
=

1

2

（1+

1

2

+

1

3

+…

1

n

），
T_2n+1=

1

2

（1+

1

2

+

1

3

+…

1

2n+1

），
∴T_2n+1-T_n=

1

2

（

1

n+1

+

1

n+2

+…+

1

2n+1

）．
令k（n）=

1

2

（

1

n+1

+

1

n+2

+…+

1

2n+1

）．
于是k（n+1）=

1

2

（

1

n+2

+

1

n+3

+…+

1

2n+3

）．
∴k（n+1）-k（n）=

1

2

（

1

2n+2

+

1

2n+3

-

1

n+1

）=-

1

4(n+1)(2n+3)

＜0．
∴k（n+1）＜k（n），即k（n）在N*上單調遞減，
∴k（n）_max=k（1）=T₃-T₁=

5

12

，
∴

m

15

≥

5

12

即m≥

25

4

．
∵m∈N^*，
∴m的最小值為7．…（12分）