Функциональное уравнение: найдите все непрерывные функции f: R -> R такие, что для всех x, y выполняется f(x+y) = f(x) f(y) - f(xy). Обсудите, какие регулярности или дополнительные условия влияют на класс решений и какие шаги в решении критичны
Решение (кратко). Подставим y=0y=0y=0: f(x)=f(x)f(0)−f(0)⇒f(x)(f(0)−1)=f(0)для всех x.
f(x)=f(x)f(0)-f(0)\quad\Rightarrow\quad f(x)\bigl(f(0)-1\bigr)=f(0)\quad\text{для всех }x. f(x)=f(x)f(0)−f(0)⇒f(x)(f(0)−1)=f(0)длявсехx.
Отсюда два варианта: 1) Если f(0)=1f(0)=1f(0)=1, то левая часть равна 000 при всех xxx, а правая равна 111 — противоречие. Значит f(0)≠1f(0)\ne1f(0)=1 невозможно быть одновременно с существованием функции; поэтому этот случай исключён. 2) Значит f(0)≠1f(0)\ne1f(0)=1 и можно делить: для всех xxxf(x)=f(0) f(0)−1 =const=c.
f(x)=\frac{f(0)}{\,f(0)-1\,}=\text{const}=c. f(x)=f(0)−1f(0)=const=c.
Подставляем константу в уравнение: c=c2−c⇒c(c−2)=0,
c=c^2-c\quad\Rightarrow\quad c(c-2)=0, c=c2−c⇒c(c−2)=0,
откуда c=0c=0c=0 или c=2c=2c=2. Итого единственные решения на R\mathbb RR: f(x)≡0иf(x)≡2.
f(x)\equiv0\quad\text{и}\quad f(x)\equiv2. f(x)≡0иf(x)≡2. Замечания по регулярности и критические шаги: - Непрерывность здесь не нужна: уже подстановка y=0y=0y=0 даёт жёсткое ограничение, приводящее к единственным константным решениям. - Критичны шаги: подстановка y=0y=0y=0, разбор случая f(0)=1f(0)=1f(0)=1 (исключение), и вывод о константности при f(0)≠1f(0)\ne1f(0)=1, затем проверка констант в исходном уравнении.
Подставим y=0y=0y=0:
f(x)=f(x)f(0)−f(0)⇒f(x)(f(0)−1)=f(0)для всех x. f(x)=f(x)f(0)-f(0)\quad\Rightarrow\quad f(x)\bigl(f(0)-1\bigr)=f(0)\quad\text{для всех }x.
f(x)=f(x)f(0)−f(0)⇒f(x)(f(0)−1)=f(0)для всех x. Отсюда два варианта:
1) Если f(0)=1f(0)=1f(0)=1, то левая часть равна 000 при всех xxx, а правая равна 111 — противоречие. Значит f(0)≠1f(0)\ne1f(0)=1 невозможно быть одновременно с существованием функции; поэтому этот случай исключён.
2) Значит f(0)≠1f(0)\ne1f(0)=1 и можно делить: для всех xxx f(x)=f(0) f(0)−1 =const=c. f(x)=\frac{f(0)}{\,f(0)-1\,}=\text{const}=c.
f(x)=f(0)−1f(0) =const=c. Подставляем константу в уравнение:
c=c2−c⇒c(c−2)=0, c=c^2-c\quad\Rightarrow\quad c(c-2)=0,
c=c2−c⇒c(c−2)=0, откуда c=0c=0c=0 или c=2c=2c=2.
Итого единственные решения на R\mathbb RR:
f(x)≡0иf(x)≡2. f(x)\equiv0\quad\text{и}\quad f(x)\equiv2.
f(x)≡0иf(x)≡2.
Замечания по регулярности и критические шаги:
- Непрерывность здесь не нужна: уже подстановка y=0y=0y=0 даёт жёсткое ограничение, приводящее к единственным константным решениям.
- Критичны шаги: подстановка y=0y=0y=0, разбор случая f(0)=1f(0)=1f(0)=1 (исключение), и вывод о константности при f(0)≠1f(0)\ne1f(0)=1, затем проверка констант в исходном уравнении.