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 5/5: 両方の区間で漸化式を確認する
ざっくり言うと

入力状態は2つしかなく、漸化式は決定的に交換する:1↦121\mapsto\frac12 と 12↦1\frac12\mapsto1。したがってこの2つの遷移を確認すれば完全な検証となり、区間が半開なので端点も含まれる。

f(x+1)=12+f(x)−f(x)2for the two cases f(x)=1 and f(x)=12f(x+1)=\frac12+\sqrt{f(x)-f(x)^2}\quad\text{for the two cases }f(x)=1\text{ and }f(x)=\frac12
詳しい解説

f(x)=1f(x)=1 ならば 12+f(x)−f(x)2=12\frac12+\sqrt{f(x)-f(x)^2}=\frac12 であり、x+1x+1 は次の半開区間に入って f(x+1)=12f(x+1)=\frac12 となる。f(x)=12f(x)=\frac12 ならば 12+f(x)−f(x)2=12+14−14=1\frac12+\sqrt{f(x)-f(x)^2}=\frac12+\sqrt{\frac14-\frac14}=1 であり、x+1x+1 は次の区間に入って f(x+1)=1f(x+1)=1 となる。したがって表示された漸化式はすべての実数 xx で成り立つ。