问题 解答题

已知f (x)=mx(m为常数,m>0且m≠1).设f (a1),f (a2),…,f (an),…(n∈N)是首项为m2,公比为m的等比数列.

(1)求证:数列{an}是等差数列;

(2)若bn=an f (an),且数列{bn}的前n项和为Sn,当m=3时,求Sn

(3)若cn=f(an)lgf (an),问是否存在m,使得数列{cn}中每一项恒不小于它后面的项?若存在,求出m的取值范围;若不存在,请说明理由.

答案

(1)由题意f (an)=m2•mn-1,即man=mn+1

∴an=n+1,∴an+1-an=1,∴数列{an}是以2为首项,1为公差的等差数列.

(2)由题意bn=anf (an)=(n+1)•mn+1

当m=3时,bn=(n+1)•3n+1,∴Sn=2•32+3•33+4•34+…+(n+1)•3n+1…①,

①式两端同乘以3得,3Sn=2•33+3•34+4•35+…+(n+1)•3n+2…②

②-①并整理得,

2Sn=-2•32-33-34-35-…-3n+1+(n+1)•3n+2=-32-(32+33+34+35+…+3n+1)+(n+1)•3n+2

=-32-

32(1-3n)
1-3
+(n+1)•3n+2=-9+
9
2
 (1-3n)+(n+1)•3n+2=(n+
1
2
)3n+2-
9
2

∴Sn=

1
4
(2n+1)3n+2-
9
4

(3)由题意cn=f (an)•lg f (an)=mn+1•lgmn+1=(n+1)•mn+1•lgm,

要使cn≥cn+1对一切n∈N*成立,即(n+1)•mn+1•lgm≥(n+2)•mn+2•lgm,对一切n∈N*成立,

当m>1时,lgm>0,所以n+1≥m(n+2),即m≤

n+1
n+2
对一切n∈N*成立,

因为

n+1
n+2
=1-
1
n+2
的最小值为
2
3
,所以m≤
2
3
,与m>1不符合,即此种情况不存在.

②当0<m<1时,lgm<0,所以n+1≤m(n+2),即m≥

n+1
n+2
对一切n∈N*成立,所以
2
3
≤m<1.

综上,当

2
3
≤m<1时,数列{cn}中每一项恒不小于它后面的项.

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