MathLabs

第5問

すべての実数 xx で定義された実数値関数 ff があり、ある正の定数 aa に対して、すべての xx について f(x+a)=12+f(x)−f(x)2f(x+a)=\frac12+\sqrt{f(x)-f(x)^2} が成り立つとする。(a) ff が周期関数であることを証明せよ。(b) a=1a=1 の場合に、条件を満たす非定数関数の例を与えよ。
ステップ 1/5: 方程式は f が2分の1以上であることを強制する
ざっくり言うと

漸化式は 12\frac12 未満の値を決して出力しない。12\frac12 から始めて非負量を加えるからである。すべての実数の引数が x+ax+a と書けるため、この片側評価は関数の平行移動部分だけでなく全域に適用される。

f(x+a)=12+f(x)−f(x)2≥12f(x+a)=\frac12+\sqrt{f(x)-f(x)^2}\ge\frac12
詳しい解説

平方根は非負なので、定義式から f(x+a)=12+f(x)−f(x)2≥12f(x+a)=\frac12+\sqrt{f(x)-f(x)^2}\ge\frac12 が得られる。xx がすべての実数を動けば x+ax+a もすべての実数を動くので、すべての実数 yy について f(y)≥12f(y)\ge\frac12 である。特に ff のすべての値は、次の平方根の変形が可能な範囲にある。