Quảng cáo
Hai bổ đề trong bài toán phương trình hàm trên tập các số thực dương
QR

Hai bổ đề trong bài toán phương trình hàm trên tập các số thực dương

Nguồn: sytu.vn

Nội dung Hai bổ đề trong bài toán phương trình hàm trên tập các số thực dương Bản PDF - Nội dung bài viết Cách giải phương trình hàm trên tập số thực dương Cách giải phương trình hàm trên tập số thực dương Phương trình hàm trên tập các số thực dương luôn là một thách thức đối với chúng ta. Để có thể giải quyết các bài toán này, chúng ta cần phải áp dụng nhiều kỹ thuật khác nhau kết hợp với kiến thức Đại số và Giải tích. Trong bài viết này, chúng tôi xin giới thiệu đến bạn hai bổ đề đặc biệt mà bạn có thể sử dụng để giải quyết các loại bài toán phức tạp, có thể biến đổi thành dạng f(x + A) = f(x) + B hoặc f(x + A) + B = f(x + C) + D. Cụ thể, bổ đề thứ nhất mang đến cho chúng ta phương trình f(x + A) = f(x) + B, trong khi bổ đề thứ hai là f(x + A) + B = f(x + C) + D. Thông qua việc áp dụng hai bổ đề này, chúng ta có thể tìm ra các giải pháp cho các bài toán phức tạp một cách hiệu quả và chính xác. Để hiểu rõ hơn về cách giải các phương trình hàm trên tập số thực dương, bạn có thể tham khảo thêm tài liệu và các diễn đàn như Art of Problem Solving, nhóm Hướng tới Olympic VN, Vietnam Mathematicalpetitions 2022 Booklet, và nhiều nguồn thông tin khác.

Xem trước nội dung

Hai bổđềtrong bài toán phương trình hàm trên tập các sốthực dương

Đoàn Quang Đăng∗- Võ Trần Hiền†

Ngày 28 tháng 7 năm 2022

Phương trình hàm trên tập các sốthực dương luôn là các bài toán và hay khó. Đểgiải quyết các bài toán này ta cần vận dụng nhiều kỹthuật kinh điển trong giải toán phương trình hàm kết hợp nhuần nhuyễn với các kiến thức đại số, giải tích. Trong bài viết này, chúng tôi giới thiệu hai bổđềkhá thú vị dùng đểgiải quyết các lớp bài toán có thểđưa vềdạng f(x + A) = f(x) + B và f(x + A) + B = f(x + C) + D.

Mục lục

1 Bổđề1 - f(x + A) = f(x) + B 2

2 Bổđề2 - f(x + A) + B = f(x + C) + D 10

3 Bài tập rèn luyện 17

4 Tài liệu tham khảo 18

∗THPT Chuyên Bến Tre †THPT Chuyên Tiền Giang

1

Đoàn Quang Đăng1 - Võ Trần Hiền2 (Ngày 28 tháng 7 năm 2022) Phương trình hàm

§1 Bổđề1 - f(x + A) = f(x) + B

Bổđề1.1

Cho các hàm sốf, g, h : R+ →R+ thỏa mãn

f (g(x) + y) = h(x) + f(y)

với mọi sốthực dương x, y. Khi đó hàm g(x)

h(x) là hàm hằng.

Chứng minh. Ký hiệu P(x, y) chỉkhẳng định f (g(x) + y) = h(x) + f(y), ∀x, y > 0. Từ P (x, y −g(x)) ta suy ra

f (y −g (x)) = f (y) −h (x) , ∀x > 0, y > g(x).

Với x, y > 0 và p, q ∈Z+ sao cho pg (x) −qg (y) > 0, từcác đẳng thức trên ta dễdàng chứng minh được

f (z + pg (x) −qg (y)) = f (z) + ph (x) −qh (y)

với mọi z > 0. Nếu ph (x) −qh (y) < 0, khi đó ta thay (p, q) bởi (kp, kq) với k nguyên dương đủlớn thì f (z) + ph (x) −qh (y) < 0,

vốlý. Như vậy pg (x) > qg (y) ⇒ph(x) ⩾qh(y) ∀x, y > 0,

hay g(x) g(y) > q

p ⇒h(x)

h(y) ⩾q

p ∀x, y > 0.

Giảsửg(x)

g(y) > h(x)

h(y), khi đó ta có thểchọn p, q ∈Z+ sao cho

g(x) g(y) > q

p > h(x)

h(y),

điều này mâu thuẫn với chứng minh trên. Vậy

h(x) h(y) ⩾g(x)

g(y) ⇒h(x)

g(x) ⩾h(y)

g(y) ∀x, y > 0.

Thay đổi vai trò x, y trong đánh giá trên ta thu được h(x)

g(x) = h(y)

g(y) = c ∀x, y > 0.

Bình luận 1.2. Một cách chứng minh khác của bạn Ngô Quý Đăng: giảsửtồn tại

u, v > 0 : h(u)

g(u) ̸= h(x)

g(x) . Đặt h(u)

g(u) = a, h(v)

g(x) = b. Không mất tính tổng quát, giảsửa > b.

Với mọi x > 1, hiển nhiên tồn tại y > 0 thỏa

x = y + x −1

g(u)

· g(u). (1)

Tửphương trình (1.1) suy ra

f(y + ng(x)) = f(y) + nh(x), ∀x, y > 0, n ∈N.

2

Đoàn Quang Đăng3 - Võ Trần Hiền4 (Ngày 28 tháng 7 năm 2022) Phương trình hàm

Ta có

f(x) + f y + x −1

g(u)

· g(u) = f(y) + x −1

g(u)

· h(u). (2)

Đẳng thức trên đúng với mọi x > 1 còn y phụthuộc vào x theo quan hệ(1). Thay x bởi 2 + ng(v) vào (2) suy ra

f(2 + ng(v)) = f(y) + 1 + ng(v)

g(u)

h(u) > 0 + ng(v) + 1

g(u) −1 · h(u)

⇒f(2) + nh(v) > ng(v) + 1

g(u) −1 · h(u)

f(2) + nbg(v) > a(1 + ng(v) −g(u))

⇒n(a −b)g(v) < f(2) + ag(u) −a, ∀n ∈N∗.

Điều này vô lý khi cho n →+∞. Bài toán được chứng minh.

Bổđềnày sẽlà một công cụhiệu quảđểta giải quyết các bài toán phương trình hàm có dạng "nửa tuần hoàn" f(x + A) = f(x) + B hoặc các bài có thểđưa vềdạng này. Cần lưu ý rằng các hàm g, h là các hàm sốđộc lập với biến y. Đễthấy rõ thấy sựhiệu quảcủa bổđề, ta xét một sốbài toán sau:

Bài toán 1.3 (VMO 2022)

Tìm tất cảhàm sốf : R+ →R+ thỏa mãn

f f(x)

x + y = 1 + f(y)

với mọi sốthực dương x, y.

Lời giải. Giảsửtồn tại hàm sốthỏa mãn yêu cầu bài toán. Áp dụng bổđề(1.1) ta suy ra tồn tại sốthực dương c sao cho

f(x)

x = c ⇒f(x) = cx ∀x > 0.

Thay lại vào phương trình ban đầu ta suy ra

c(c + y) = f f(x)

x + y = 1 + cy ⇒c = 1.

Như vậy f(x) = x ∀x > 0.

Bình luận 1.4. Ta cũng có thểgiảsửf(x)

x không là hàm hằng. Khi đó tồn tại a, b > 0 phân biệt cho cho f(b)

b > f(a)

a . Khi đó

f f(a)

a + y = f f(b)

b + y = f(y) + 1 ∀y > 0.

Đặt K = f(b)

b −f(a)

a , như vậy f(x) = f(x + K) ∀x > f(a)

a .

3

Trên đây là phần đầu tài liệu — bấm Đọc sách để xem đầy đủ.

Quảng cáo
Quảng cáo