(本小题满分14分)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) lg f (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.
解: (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=an f (an)=(n+1)·mn+1,
当m=3时,bn=(n+1)·3n+1,∴Sn=2·32+3·33+4·34+…+(n+1)·3n+1①
①式两端同乘以3得,3Sn=2·33+3·34+4·35+…+n·3n+1+(n+1)·3n+2②
②-①并整理得,
2Sn=-2·32-33-34-35-…-3n+1+(n+1)·3n+2=-32-(32+33+34+…+3n+1)+(n+1)·3n+2
=-32-+(n+1)·3n+2=-9+
(1-3n)+(n+1)·3n+2=(n+
)3n+2-
.
∴Sn=(2n+1)3n+2-
.
(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,
① 当m>1时,lgm>0,所以n+1≥m(n+2),即m≤
对一切n∈N*成立,
因为=1-
的最小值为
,所以m≤
,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≥对一切n
∈N*成立,所以
≤m<1.
综上,当≤m<1时,数列{cn}中每一项恒不小于它后面的项