Домашние задания: Математика

Пусть f(x) : R -> R такова, что f(f(x)) = x^2 - x + 1. Найти f(0).

SA
Salamat Arinovich
96 935
Везде всюду ниже f^n - степень отображения, т.е., например, (f^2)x = f(f(x)), n - неотрицательное целое.

Заметим, что (f^2)(0) = 1 и, кроме того, 1 - неподвижная точка f^2
=>
(f^3)0 = (f^5)0 = f(1)
=>(f^3)0 - непожвижная точка f^2, т.е. корень уравнения x^2 - x + 1 = x, то есть единица,
=>(f^3)0 = 1
=> (f^2) (f(0)) = 1, т.е. f(0) - корень уравнения x^2 - x + 1 = 1, т.е. 0 или 1.

Вариант 0 исключен (т.к. при f(0) = 0 ноль был бы неподвижной точкой f^2, то не так), следовательно, f(0) = 1.

НО: это если множество решений нашего функционального уравнения не пусто.
Насчет исследования на пустоту подумаю, может, попозже, сейчас некогда, сорри.
Впрочем, об этом формально и не спрашивали: ведь для всякого решения из пустого множества решений справедливо f(0) = 1. Как, впрочем, справедливо и f(0) = 1000. Поэтому нас формально не колебет, пусто ли множество решений, отвчааем f(0) = 1 и будем формально правы.
Наталья Галичина
Наталья Галичина
34 449
Лучший ответ
Наталья Галичина "для всякого решения из пустого множества решений справедливо f(0) = 1. Как, впрочем, справедливо и f(0) = 1000"

Объясню школьникам попонятнее, почему так.

Утверждение истинно <=> его отрицание ложно.
Для утверждения
"для всякой функции f: R->R из пустого множества функций R->R справедливо f(0) = 1"

отрицанием является

"сушествует функция f: R->R из пустого множества функций R->R такая, что f(0) не равно 1".
Наше отрицание, разумеется, ложно, ведь в пустом множестве же не существует элементов.
Борис Лапухин Извините, но я вообще не понял ваше решение, и объяснение в комментарии ясности не добавило.
Я ожидал решение, когда выражают, например, f(f(x)) через f(x) и решают уравнение.
Или предполагают, что функция имеет вид, например, f(x) = ax^2 + bx + c, и подстановкой находят f(f(x)), а потом приравнивают ее к x^2 - x + 1.
Или какого-то подобного решения.
Борис Лапухин И еще хочу спросить.
У вас какое образование? Мехмат или ВМК МГУ? Физтех? МИРЭА?
Просто вы отвечаете таким мудреным языком, что я, окончивший сначала математический техникум, а потом МГИЭМ, половины не понимаю.
О школьниках, которые задают эти задачи, я вообще молчу.
Они ваши ответы не понимают вообще.
У меня такое впечатление, что такая функция не существует.
Если она существует, то, очевидно, должна иметь вид многочлена, линейного или квадратного, иначе не может быть, что f(f(x)) = x^2 - x + 1
Пусть это будет линейный многочлен: f(x) = ax + b. Тогда:
f(f(x)) = a(ax + b) + b = a^2*x + ab + b - опять линейный многочлен.
Пусть это будет квадратный многочлен: f(x) = ax^2 + bx + c. Тогда:
f(f(x)) = a(ax^2 + bx + c)^2 + b(ax^2 + bx + c) + c - это многочлен 4 степени.
Я даже не буду раскрывать скобки.
Таким образом, квадратный многочлен никак не может быть функцией такого вида.
Борис Лапухин
Борис Лапухин
69 201
Salamat Arinovich "Если она существует, то, очевидно, должна иметь вид многочлена" - не согласен. Например, если f(f(x)) = x^2, то f(x) = x^(sqrt2) не многочлен!
Если погуглить условие, можно найти ссылку http://yaroslavvb.com/papers/rice-when.pdf
тут в конце теорема есть про условие существования такой функции. И согласно ей она существует!
Алгоритм решения такой
Наталья Галичина Хм, а я иначе решил.
До решения, которое по ссылке находится, я б, возможно, не додумался, мне комфортнее моим способом.
Наталья Галичина И у меня решение короче.
Наталья Галичина А что такого сложного в степенях отображений и неподвижных точках, не знаю. Их в школе много..
Обратная функция (к обратимой) - это ж ее -1-я степень по композиции.
f(f^-1(x)) = f^-1(f(x))= f^0(x) = x. На всяких буржуйских калькуляторах вместо кнопочке arccos рисуют даже кнопочку cos^-1 и не заморачиваются при этом, что для обращения функции cos надо бы сперва ее область определения сузить.

Неподвижных точек тоже полно. Например, когда центр масс фиговины какой-нибудь ищут из соображений симметрии, это означает, что ЦМ является неподвижной точкой всякой симметрии (евклидового движения), переводящей эту фиговину в себя.
Или, например, при применении одного из самых простых числаков, метода простой итерации, мы просто тупо ищем неподвижную точку отображения.