问题 解答题

设f(k)是满足不等式log2x+log2(3•2k-1-x)≥2k-1(k∈N*)的正整数x的个数.

(1)求f(k)的解析式;

(2)记Sn=f(1)+f(2)+…+f(n),Pn=n2+n-1(n∈N*)试比较Sn与Pn的大小.

答案

(1)∵log2x+log2(3•2k-1-x)≥2k-1

x>0
3•2k-1-x>0
x(3•2k-1-x)≥22k-1

解得2k-1≤x≤2k,∴f(k)=2k-2k-1+1=2k-1+1

(2)∵Sn=f(1)+f(2)+…+f(n)=1+2+22+…+2n-1+n=2n+n-1

∴Sn-Pn=2n-n2

n=1时,S1-P1=2-1=1>0;n=2时,S2-P2=4-4=0

n=3时,S3-P3=8-9=-1<0;n=4时,S4-P4=16-16=0

n=5时,S5-P5=32-25=7>0;n=6时,S6-P6=64-36=28>0

猜想,当n≥5时,Sn-Pn>0

①当n=5时,由上可知Sn-Pn>0

②假设n=k(k≥5)时,Sk-Pk>0

当n=k+1时,Sk+1-Pk+1=2k+1-(k+1)2=2•2k-k2-2k-12(2k-k2)+k2-2k-1

=2(Sk-Pk)+k2-2k-1>k2-2k-1=k(k-2)-1≥5(5-2)-1=14>0

∴当n=k+1时,Sk+1-Pk+1>0成立

由①、②可知,对n≥5,n∈N*,Sn-Pn>0成立即Sn>Pn成立

由上分析可知,当n=1或n≥5时,Sn>Pn

当n=2或n=4时,Sn=Pn

当n=3时,Sn<Pn

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