(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(3 k-1)=2×3 k-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(3 l-1)=2×3 l-1,
那么当k=l+1时,f(3 l)=f(3×3 l-1)=3f(3 l-1)=3×2×3 l-1=2•3 l.猜想成立,
由(1)、(2)所证可知,对k∈N *f(3 k-1)=2×3 k-1成立.
(Ⅲ)存在p=3 k-1+1,当p个连续自然数从3 k-1→2×3 k-1时,
函数值正好也是p个连续自然数从f(3 k-1)=2×3 k-1→f(2×3 k-1)=3 k.