问题 解答题

对于定义域为A的函数f(x),如果任意的x1,x2∈A,当x1<x2时,都有f(x1)<f(x2),则称函数f(x)是A上的严格增函数;函数f(k)是定义在N*上,函数值也在N*中的严格增函数,并且满足条件f(f(k))=3k.

(Ⅰ)证明:f(3k)=3f(k);

(Ⅱ)求f(3k-1)(k∈N*)的值;

(Ⅲ)是否存在p个连续的自然数,使得它们的函数值依次也是连续的自然数;若存在,找出所有的p值,若不存在,请说明理由.

答案

(Ⅰ)证明:∵对k∈N*,f(f(k))=3k,∴f[f(f(k))]=f(3k)①,

由已知f(f(k))=3k,∴f[f(f(k))]=3f(k)②,

由①、②得f(3k)=3f(k);

(Ⅱ)若f(1)=1,由已知f(f(k))=3k得f(1)=3,矛盾;

设f(1)=a>1,∴f(f(1))=f(a)=3,③

由f(k)严格递增,即1<a⇒f(1)<f(a)=3.,∴

f(1)≠1
f(1)<3
f(1)∈N*
,∴f(1)=2,

由③有f(f(1))=f(a)=3,

故f(f(1))=f(2)=3,

∴f(1)=2,f(2)=3,f(3)=3f(1)=6,f(6)=f(3•2)=3f(2)=9,f(9)=3f(3)=18,f(18)=3f(6)=27,f(27)=3f(9)=54,f(54)=3f(18)=81,…

依此类推归纳猜出:f(3k-1)=2×3k-1(k∈N*).

下面用数学归纳法证明:

(1)当k=1时,显然成立;

(2)假设当k=l(l≥1)时成立,即f(3l-1)=2×3l-1

那么当k=l+1时,f(3l)=f(3×3l-1)=3f(3l-1)=3×2×3l-1=2•3l.猜想成立,

由(1)、(2)所证可知,对k∈N*f(3k-1)=2×3k-1成立.

(Ⅲ)存在p=3k-1+1,当p个连续自然数从3k-1→2×3k-1时,

函数值正好也是p个连续自然数从f(3k-1)=2×3k-1→f(2×3k-1)=3k

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