Дано уравнение функциональное: f(x+y) = f(x) f(y) для всех вещественных x,y и непрерывность в нуле. Найдите все такие функции и объясните роль условия непрерывности

17 Ноя в 06:52
6 +6
0
Ответы
1
Решение кратко.
1) Подставим x=y=0x=y=0x=y=0: f(0)=f(0)2f(0)=f(0)^2f(0)=f(0)2, значит либо f(0)=0\,f(0)=0f(0)=0, либо f(0)=1\,f(0)=1f(0)=1.
2) Если f(0)=0f(0)=0f(0)=0, то для любого xxx имеем f(x)=f(x+0)=f(x)f(0)=0f(x)=f(x+0)=f(x)f(0)=0f(x)=f(x+0)=f(x)f(0)=0. Значит одна функция — тождественно нулевая: f(x)≡0f(x)\equiv0f(x)0.
3) Пусть f(0)=1f(0)=1f(0)=1. Тогда из f(x)=f(x/2)2f(x)=f(x/2)^2f(x)=f(x/2)2 следует f(x)≥0f(x)\ge0f(x)0. Если для какого‑то x0x_0x0 f(x0)=0f(x_0)=0f(x0 )=0, то как в п.2 получаем тождественный ноль, против предположения. Значит для ненулевого случая f(x)>0f(x)>0f(x)>0 при всех xxx. Можно ввести g(x)=ln⁡f(x)g(x)=\ln f(x)g(x)=lnf(x). Тогда
g(x+y)=ln⁡f(x+y)=ln⁡(f(x)f(y))=g(x)+g(y), g(x+y)=\ln f(x+y)=\ln(f(x)f(y))=g(x)+g(y),
g(x+y)=lnf(x+y)=ln(f(x)f(y))=g(x)+g(y),
т.е. ggg удовлетворяет аддитивному уравнению Коши.
4) Условие непрерывности fff в нуле даёт f(h)→1f(h)\to1f(h)1 при h→0h\to0h0, откуда g(h)=ln⁡f(h)→0g(h)=\ln f(h)\to0g(h)=lnf(h)0. То есть ggg непрерывна в нуле. Из общеизвестного факта о решениях уравнения Коши: аддитивная функция, непрерывная в одной точке, линейна, то есть существует константа ccc такая, что
g(x)=cxдля всех x. g(x)=cx\quad\text{для всех }x.
g(x)=cxдля всех x.
Следовательно
f(x)=eg(x)=ecx. f(x)=e^{g(x)}=e^{cx}.
f(x)=eg(x)=ecx.

Итого все решения: либо f(x)≡0f(x)\equiv0f(x)0, либо f(x)=ecxf(x)=e^{cx}f(x)=ecx для некоторого c∈Rc\in\mathbb{R}cR.
Роль условия непрерывности в нуле: оно исключает патологические (непрерывные нигде) аддитивные функции A(x)A(x)A(x), дающие решения вида f(x)=eA(x)f(x)=e^{A(x)}f(x)=eA(x). Без условия непрерывности общая форма ненулевых решений — f(x)=exp⁡(A(x))f(x)=\exp(A(x))f(x)=exp(A(x)), где AAA — любая аддитивная функция (в том числе ненепрерывная).
17 Ноя в 07:04
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир