(1)函数h(x)是补函数,证明如下:
①h(0)=
=1,h(1)=
=0;
②任意a∈[0,1],有h(h(a))=h(
)=
=a
③令g(x)=(h(x))p,
有g′(x)=
=
,
因为λ>1,p>0,
所以当x∈(0,1)时,g′(x)<0,所以g(x)在(0,1)上是减函数,
故h(x)在(0,1)上是减函数由上证,函数h(x)是补函数。
(2)当p=
(n∈N*),由h(x)=x得
,
(i)当λ=0时,中介元x n=
,
(ii)当λ>-1且λ≠0时,由(*)得
=
∈(0,1)或
=
∈(0,1),
得中介元x n=
,
综合(i)(ii):对任意的λ>-1,中介元为x n=
,
于是当λ>-1时,有S n=
=
=
,
当n无限增大时,
无限接近于0,S n无限接近于
,
故对任意的非零自然数n,S n<
等价于
,
即λ∈[3,+∞)。
(3)当λ=0时,h(x)=
,中介元为
.
(i)0<p≤1时,
,中介元为
≤
,
所以点(x p,h(x p))不在直线y=1-x的上方,不符合条件;
(ii)当p>1时,依题意只需
>1-x在x∈(0,1)时恒成立,
也即x p+(1-x) p<1在x∈(0,1)时恒成立
设φ(x)=x p+(1-x) p,x∈(0,1),
则φ′(x)=p(x p-1-(1-x) p-1)
令φ′(x)=0,得x=
,且当x∈(0,
)时,φ′(x)<0,
当x∈(
,1)时,φ′(x)>0,
又φ(0)=φ(1)=1,
所以x∈(0,1)时,φ(x)<1恒成立
综上,p的取值范围是(1,+∞)。