问题 解答题
已知函数y=f(x),x∈N*,y∈N*,满足:①对任意a,b∈N*,a≠b,都有af(a)+bf(b)>af(b)+bf(a);②对任意n∈N*都有f[f(n)]=3n.
(I)试证明:f(x)为N*上的单调增函数;
(II)求f(1)+f(6)+f(28);
(III)令an=f(3n),n∈N*,试证明:.
n
4n+2
1
a1
+
1
a2
+…+
1
an
1
4
答案

(I)由①知,对任意a,b∈N*,a<b,都有(a-b)(f(a)-f(b))>0,

由于a-b<0,从而f(a)<f(b),

所以函数f(x)为N*上的单调增函数.

(II)令f(1)=a,则a≥1,显然a≠1,否则f(f(1))=f(1)=1,与f(f(1))=3矛盾.

从而a>1,而由f(f(1))=3,

即得f(a)=3.

又由(I)知f(a)>f(1)=a,即a<3.

于是得1<a<3,又a∈N*

从而a=2,即f(1)=2.

进而由f(a)=3知,f(2)=3.

于是f(3)=f(f(2))=3×2=6,

f(6)=f(f(3))=3×3=9,

f(9)=f(f(6))=3×6=18,

f(18)=f(f(9))=3×9=27,

f(27)=f(f(18))=3×18=54,

f(54)=f(f(27))=3×27=81,

由于54-27=81-54=27,

而且由(I)知,函数f(x)为单调增函数,

因此f(28)=54+1=55.

从而f(1)+f(6)+f(28)=2+9+55=66.

(III)f(an)=f(f(3n))=3×3n=3n+1,an+1=f(3n+1)=f(f(an))=3an,a1=f(3)=6.

即数列{an}是以6为首项,以3为公比的等比数列.

∴an=6×3n-1=2×3n(n=1,2,3).

于是

1
a1
+
1
a2
++
1
an
=
1
2
(
1
3
+
1
32
++
1
3n
)=
1
2
×
1
3
(1-
1
3n
)
1-
1
3
=
1
4
(1-
1
3n
),

显然

1
4
(1-
1
3n
)<
1
4

另一方面3n=(1+2)n=1+Cn1×2+Cn2×22++Cnn×2n≥1+2n,

从而

1
4
(1-
1
3n
)≥
1
4
(1-
1
2n+1
)=
n
4n+2

综上所述,

n
4n+2
1
a1
+
1
a2
++
1
an
1
4

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