设函数y=f（x）的定义域为（0，+∞），且对任意的正实数x，y，均

问题解答题

设函数y=f（x）的定义域为（0，+∞），且对任意的正实数x，y，均有f（xy）=f（x）+f（y）恒成立．已知f（2）=1，且当x＞1时，f（x）＞0．
（1）求f(

)的值，试判断y=f（x）在（0，+∞）上的单调性，并加以证明；
（2）一个各项均为正数的数列{a_n}，它的前n项和是S_n，若a₁=3，且f（S_n）=f（a_n）+f（a_n+1）-1（n≥2，n∈N^*），求数列{a_n}的通项公式；
（3）在（2）的条件下，是否存在实数M，使2n•a1•a2…an≥M•

2n+3

•(2a1-1)•(2a2-1)…(2an-1)对于一切正整数n均成立？若存在，求出M的范围；若不存在，请说明理由．

答案

（1）令x=y=1，得f（1）=0；令x=2，y=

，得f(

)=-1（2分）

y=f（x）在（0，+∞）上单调递增．下面证明：

任取0＜x₁＜x₂，则

＞1，

∵当x＞1时，f（x）＞0，∴f(

)＞0

在已知式中令x=x1，y=

，得f(x2)-f(x1)=f(

)＞0，即证．（4分）

（2）当n≥2时，∵f（S_n）=f（a_n）+f（a_n+1）-1

∴f（S_n）+1=f（a_n）+f（a_n+1），即f（2S_n）=f（a_n（a_n+1））

∵y=f（x）在（0，+∞）上单调递增，

∴2S_n=a_n（a_n+1）（6分）

∴2S_n+1=a_n+1（a_n+1+1）

两式相减得：2an+1=

2n+1

+an+1-

-an，即（a_n+1+a_n）（a_n+1-a_n-1）=0∵a_n＞0，

∴a_n+1-a_n=1∴数列{a_n}从第二项起，是以1为公差的等差数列…（7分）

又在2S_n=a_n（a_n+1）中令n=2可得：a₂=3

综上，an=

3，n=1

n+1，n≥2

．（8分）

（3）n=1时，2×3≥M•

•5，M≤

（9分）

n≥2时，2n•3•3•4…(n+1)≥M

2n+3

•5•5•7…(2n+1)

∴M≤

2n•3•3•4…(n+1)

2n+3

•5•5•7…(2n+1)

令bn=

2n•3•3•4…(n+1)

2n+3

•5•5•7…(2n+1)

，

则

bn+1

2(n+2)

2n+3

(2n+3)

2n+5

4n2+16n+16

4n2+16n+15

＞1

∴{b_n}是递增数列

∴M≤b2=

25×7

＜

∴M≤

175

（12分）