Какой алгоритм вычисления кратности чисел более эффективен?
Если нужно определить кратность - то берем учебник Математика, 6 класс. 
Глава Признаки кратности 3, 5 и 9 с минимумом вычислений.
Если же нужно заполнить массив - то потери времени на его заполнение, да в жабоскрипте, на порядки превышают стоимость этой простенькой проверки. 
Может ускорить (а может и замедлить) этот процесс замена в цикле ++i на прибавление того числа, которое действительно надо прибавить для получения следующего кратного - оно циклично повторяется: [3, 2, 1, 3, 1, 2, 3]. Проверка уберется, но вычислений, на самом деле, только прибавится. Зато без ветвления и пустых циклов.
Как вариант - cмержить последовательности 3n и 5n
https://jsfiddle.net/0rhsL1ba/

не знаю, насколько это поможет здесь, но будь числа покрупнее, точно бы ускорилось