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 2/5: 移動した値とその補数の積を計算する
ざっくり言うと

u(1−u)u(1-u) という式は平方根を消すように設計されている。平行移動によって uu は 12\frac12 より上になり、1−u1-u との積が平方根の項を元の値に関する完全平方へ変える。

f(x+a)(1−f(x+a))=14−(f(x)−f(x)2)=(12−f(x))2f(x+a)(1-f(x+a))=\frac14-(f(x)-f(x)^2)=(\frac12-f(x))^2
詳しい解説

u=f(x+a)u=f(x+a) とおく。漸化式より u=12+f(x)−f(x)2u=\frac12+\sqrt{f(x)-f(x)^2} である。したがって u(1−u)=14−(u−12)2=14−(f(x)−f(x)2)=(12−f(x))2u(1-u)=\frac14-(u-\frac12)^2=\frac14-(f(x)-f(x)^2)=(\frac12-f(x))^2。ゆえに f(x+a)(1−f(x+a))=(12−f(x))2f(x+a)(1-f(x+a))=(\frac12-f(x))^2 となる。