问题 解答题
已知数列{an}的前N项和为Sn,a1=1,Sn+1=2Sn+3n+1(n∈N*).
(1)证明:数列{an+3}是等比数列;
(2)对k∈N*,设f(n)=
Sn-an+3n,n=2k-1
log2(an+3),n=2k
求使不等式f(m)>f(2m2)恒成立的自然数m的最小值.
答案

(1)∵a1=1,Sn+1=2Sn+3n+1,∴S2=2S1+4=a1+a2.∴a2=5.

又当n≥2时,Sn=2Sn-1+3(n-1)+1,∴Sn+1-Sn=2(Sn-Sn-1)+3,

即得an+1=2an+3.an+1+3=2(an+3),(n≥2).----------------------------(4分)

a2+3
a1+3
=
8
4
=2,∴数列{an+3}是公比为2,首项为a1+3=4的等比数列.…(2分)

(2)由(1),知an+3=4•2n-1.∴an=2n+1-3,Sn=

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

f(n)=

2n+1-1,n=2k-1
n+1,n=2k
(k∈N*).…(4分)

①当m为偶数时,∵f(m)=m+1,f(2m2)=2m2+1,

∴不存在自然数m,使f(m)>f(2m2)恒成立.…(2分)

②当m为奇数时,f(m)=2m+1-1,f(2m2)=2m2+1,而f(m)>f(2m2),

当m=1时,f(m)=21+1-1=3=f(2m2)=3;

当m=3时,f(m)=22+1-1=15<f(2m2)=19;--(2分)

当m=5时,f(m)=23+1-1=63>f(2m2)=51;

当m≥5时,即证:2m>m2+1恒成立

ⅰ)m=5,已证

ⅱ)假设m=k(k≥5),结论成立,即2k>k2+1

则m=k+2时,2k+2=4•2k>4(k2+1)

而4(k2+1)-(k+2)2-1=k(3k-4)-1>0

则2k+2>(k+2)2+1

即 m=k+2时,结论成立

所以当m≥5且为奇数,f(m)>f(2m2)成立,-(3分)

此时m的最小值为5.---(1分)

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