MathLabs

第2問

R\mathbb{R} を実数全体の集合とする。すべての実数 xx と yy に対して f(f(x)f(y))+f(x+y)=f(xy).f(f(x)f(y)) + f(x+y) = f(xy). を満たす関数 f:R→Rf:\mathbb{R}\rightarrow\mathbb{R} をすべて求めよ。
ステップ 6/6: 計算を仕上げる
f(x)=1−xf(x)=1-x
詳しい解説

恒等式 f(f(x))=1−f(x)f(f(x))=1-f(x) を f(x)f(x) 自身の点で適用すると f(f(f(x)))=1−f(f(x))=1−(1−f(x))=f(x)f(f(f(x)))=1-f(f(x))=1-(1-f(x))=f(x) となる。一方、恒等式を直接代入すれば f(f(f(x)))=f(1−f(x))f(f(f(x)))=f(1-f(x)) である。よって f(1−f(x))=f(x)f(1-f(x))=f(x) となり、単射性より 1−f(x)=x1-f(x)=x、すなわちすべての xx について f(x)=1−xf(x)=1-x である。ステップ1の符号の簡約を元に戻す(すべての解は ff または −f-f であり、ある関数 ff が f(0)≥0f(0)\ge 0 を満たす)と、解の完全なリストは f≡0f\equiv 0、f(x)=1−xf(x)=1-x、f(x)=x−1f(x)=x-1 である。