Matematică, întrebare adresată de xfaiter02, 9 ani în urmă

 Sa~se~determine~functiile~monotone~f:\mathbb{R}\rightarrow \mathbb{R}~cu~proprietatea~ca~f(1)=1~si\\ f(\frac{1918a+100b}{2018})=f(\frac{1918}{2018}\cdot a)+f(\frac{100}{2018}\cdot b), \forall a,b\in \mathbb{Q}.

o idee de a mea a fost inductia matematica...insa nu stiu in principiu cum sa abordez in aceasta situatie..ma puteti ajuta?


xfaiter02: in principiu, nu stim cate functii indeplinesc proprietatile problemei. Pot fi si de gradu' 100 noi trebuie sa aratam ca exista doar o singura functie identica f(x)=x ce satisface cerintele problemei.
AndraGogan29: daca te uiti mai atent vei observa ca e vorba de o functie adivita(adica f(x+y)=f(x)+f(y) ) ,oricum care e sursa problemei?
xfaiter02: problema este luata de la un concurs la clasa a 9-a ..s-a mentionat ca face parte din materia pentru ONM
JolieJulie: Din cate imi amintesc...intr-a 9-a nu se invata functiile aditive
AndraGogan29: asa e,dar pe la concursuri mai apar ecuatii functionale ...
JolieJulie: Eu inca n-am invatat functiile aditive.E foarte posibil sa fi gresit rezolvarea...dar se potriveste pt f(x)=x
AndraGogan29: nici macar nu se invata la scoala :) cred ca doar pe la concursuri / olimpiade se mai dau aplicatii ale acestora
xfaiter02: adevarat ca e f(x+y)=f(x)+f(y) si usor de intuit a fost faptul ca f(x)=x respecta, mai greu este apoi de continuat tin minte ca rezolvarea era lunga intr-adevar cu inductie doar ca era si o generalizare ptr f(x1+x2...) nu mai retin exact nu am vrut oricum sa vad rezolvarea dar rau am facut : )) nu era doar f(x+y)=f(x)+f(y) arata mult mai complexa rezolvarea.
xfaiter02: ia cautati pe wikipedia ecuatia functionala a lui Cauchy are o demonstratie riguroasa ce se poate atasa de rezolvarea problemei acesteia
albastruverde12: Intr-adevar, ecuatia data nu este altceva decat ecuatia functionala a lui Cauchy.
Despre aceasta ecuatie se poate demonstra cu usurinta faptul ca f(x)=cx pentru orice x RATIONAL.
Cat despre x irational, nu se poate identifica decat daca se ofera una din urmatoarele informatii suplimentare:
1. monotonie (deci cazul de fata)
2. continuitate
3. marginire pe un anumit interval.

Răspunsuri la întrebare

Răspuns de anisoarabroboana13
5
dacă ar fi sigur cu inducție matematică eu la asta m-am gândit
Anexe:

xfaiter02: la serios? : )) ma trezesc ca scriu asta..literatura matematica de pomana
xfaiter02: eh..cate-o pomana nu strica ..deci in continuare f(-nx) + f(nx) = f(0)=0, deci f(-nx) = -nf(x) asta inseamna ca in principiu f(kx)=kf(x) ptr orice k intreg si x real
JolieJulie: bun
xfaiter02: -> f(x) = f( x/n + x/n + ... + x/n) (de n ori x/n) = n* f(x/n) deci f(x/n) = 1/n * f(x)
JolieJulie: bun...
xfaiter02: pe de alta parte, f(mx/n) = 1/n * f(mx) = m/n * f(x) ptr orice m,n intregi deci ca o concluzie f(qx) = qf(x) cu q rational
AndraGogan29: Wow , tu nu faci altceva decat sa copiezi demonstratiile :))
JolieJulie: cam asa ...
xfaiter02: : )) sa fiu sigur ca ati gasit ...iar acum ar trebui sa ma leg de faptul ca functiile sunt "monotone" nu stiu de ce neaparat s-a precizat asta
anisoarabroboana13: părerea mea este că acum, funcția este monoton crescătoare, fiind injectivă (imaginile funcțiilor nu se repetă).... cred
Răspuns de albastruverde12
7

 \displaystyle Cand~a~si~b~parcurg~\mathbb{Q},~\frac{1918}{2018}a~si~\frac{100}{2018}b~parcurg~\mathbb{Q}. \\ \\ Deci~notand~u= \frac{1918}{2018}a~si~v= \frac{100}{2018}b,~ecuatia~functionala~devine \\ \\ f(u)+f(v)=f(u+v)~\forall~u,v \in \mathbb{Q}. \\ \\ Desigur,~nu~avem~nicio~informatie~despre~numerele~irationale, \\ \\ dar~vom~vedea~ca~monotonia~de~va~fi~de~ajutor.

 \displaystyle Relatia~f(u)+f(v)=f(u+v)~\forall~u,v \in \mathbb{Q}~se~extinde~la \\ \\ f(u)+f(v)+f(w)=f(u+v+w)~\forall~u,v,w \in \mathbb{Q}~observand~ca \\ \\ f(u+v+w)=f(u+v)+f(w)=f(u)+f(v)+f(w)~si,~in~fine, \\  \\ inductiv~deducem~ca \\ \\ f(x_1)+f(x_2)+...+f(x_n)=f(x_1+x_2+...+x_n) ~\forall~x_1,x_2,...,x_n \in \mathbb{Q}.

 \displaystyle Punem~x_1=x_2=...=x_n=x~si~obtinem~f(nx)=nf(x)~\forall~x \in \mathbb{Q}. \\ \\ In~ particular~f(n)=nf(1)=n~\forall~n \in \mathbb{Z}. \\ \\ Punem~x= \frac{m}{n},~cu~m,n \in \mathbb{Z},~n \neq 0~si~rezulta~f(m)=n f \left( \frac{m}{n} \right)~\forall \\ \\ m,n \in \mathbb{Z},~n \neq 0.\\ \\ Deci~f \left( \frac{m}{n} \right)= \frac{f(m)}{n}= \frac{m}{n}~\forall~m,n \in \mathbb{Z},~n \neq 0. \\ \\ Cu~alte~cuvinte~f(x)=x~\forall~x \in \mathbb{Q}.

 \displaystyle Vom~demonstra~ca~acest~rezultat~este~valabil~pe~\mathbb{R}. \\ \\ Din~ce~am~demonstrat~pana~acum~rezulta~f-crescatoare. \\ \\ Presupunem~ca~exista~r \in \mathbb{R}- \mathbb{Q}~a.i.~f(r) \neq r. \\ \\ \bullet ~Daca~f(r)<r,~atunci~exista~s>0~a.i.~f(r)=r-s. \\ \\ In~intervalul~(r-s,r)~exista~o~infinitate~de~numere~rationale.~Fie\\  \\ q~un~numar~din~(r-s,r) \cap \mathbb{Q}. \\ \\ Avem~q<r,~si~totusi~f(q)=q>r-s=f(r),~contradictie~cu~faptul \\ \\ ca~ f~este~crescatoare.

 \dsplaystyle \bullet ~Daca~f(r)>r,~atunci~exista~s>0~a.i.~f(r)=r+s. \\ \\ In~intervalul~(r,r+s)~exista~o~infinitate~de~numere~rationale.~Fie\\  \\ q~un~numar~din~(r,r+s) \cap \mathbb{Q}. \\ \\ Avem~q>r,~si~totusi~f(q)=q<r+s=f(r),~contradictie~cu~faptul \\ \\ ca~ f~este~crescatoare. \\ \\ In~concluzie~f(x)=x~este~valabil~si~pentru~numerele~irationale, \\ \\ si,~deci~pentru~orice~x \in \mathbb{R}.


xfaiter02: multumesc mult de tot! :)
albastruverde12: Cu placere!
albastruverde12: Am omis ceva: In randul 12 am spus "pentru orice n intreg", cand de fapt acel n era natural nenul.

Completare:
Punand u=v=0 obtinem 2f(0)=f(0) => f(0)=0.
Punand v=-u obtinem f(u)+f(-u)=0, deci f este impara.
Cu acestea rezulta ce am scris in randul 12.
Alte întrebări interesante