对于定义域为 $A$ 的函数 $f(x)$,如果任意的 $x_1,x_2\in A$,当 $x_1<x_2$ 时,都有 $f(x_1)<f(x_2)$,则称函数 $f(x)$ 是 $A$ 上的严格增函数;函数 $f(k)$ 是在 $\mathbb N^*$ 上定义,函数值也在 $\mathbb N^*$ 中的严格增函数,并且满足条件 $f(f(k))=3k$.
【难度】
【出处】
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    函数方程
  1. 证明:$f(3k)=3f(k)$;
    标注
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      迭代函数
    答案
    解析
    因为 $f(f(k))=3k$,所以$$f(3k)=f(f(f(k)))=3f(k).$$
  2. 求 $f(3^{k-1})(k\in\mathbb N^*)$ 的值;
    标注
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    答案
    $f(3^{k-1})=2\cdot3^{k-1},k\in\mathbb N^*$
    解析
    因为 $f(3k)=3f(k)$,所以$$ \begin{split}f(3^2k)&=3f(3k)=3^2f(k),\\f(3^3k)&=3f(3^2k)=3^3f(k),\\ &\cdots\\f(3^{n-1}k)&=3f(3^{n-2}k)=3^{n-1}f(k),\end{split}$$因此$$f(3^{k-1})=3^{k-1}f(1).$$因为 $f(f(1))=3$,设 $t=f(1)$,则有 $f(t)=3$.
    因为 $f(k)$ 是严格增函数,所以必有$$1<t<3,$$又因为 $t$ 是整数,所以 $t=2$.
    综上知,$f(3^{k-1})=2\cdot3^{k-1},k\in\mathbb N^*$;
  3. 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 $p$ 值,若不存在,请说明理由.
    标注
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    答案
    $p=3^{k-1}+1$,其中 $k\in \mathbb N^*$
    解析
    由 $(2)$ 知,当 $p$ 个连续自然数从 $3^{k-1}\to 2\cdot3^{k-1}$ 时,函数值正好也是 $p$ 个连续的自然数从$$f(3^{k-1})=2\cdot3^{k-1}\to f(2\cdot3^{k-1})=3^k.$$因此 $p=3^{k-1}+1$.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2 问题3 答案3 解析3 备注3
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