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第5题

设 ff 是定义在所有实数 xx 上的实值函数,并且对某个正常数 aa,对所有 xx 都满足 f(x+a)=12+f(x)−f(x)2f(x+a)=\frac12+\sqrt{f(x)-f(x)^2}。(a)证明 ff 是周期函数。(b)当 a=1a=1 时,给出一个满足条件的非常数函数例子。
第 3/5 步:第二次迭代返回 f(x)
通俗地说

平方根产生绝对值,但第1步得到的全局下界确定了它的符号。应用一次会经过一个非线性映射;应用两次却成为恒等映射,这正是周期为 2a2a 的周期性。

f(x+2a)=12+f(x+a)−f(x+a)2=12+∣f(x)−12∣=f(x)f(x+2a)=\frac12+\sqrt{f(x+a)-f(x+a)^2}=\frac12+\left|f(x)-\frac12\right|=f(x)
详细分析

在原方程中用 x+ax+a 替换 xx。由第2步,f(x+a)−f(x+a)2=(12−f(x))2f(x+a)-f(x+a)^2=(\frac12-f(x))^2,故 f(x+2a)=12+(12−f(x))2=12+∣f(x)−12∣f(x+2a)=\frac12+\sqrt{(\frac12-f(x))^2}=\frac12+\left|f(x)-\frac12\right|。由第1步 f(x)≥12f(x)\ge\frac12,所以绝对值等于 f(x)−12f(x)-\frac12,从而对所有 xx 都有 f(x+2a)=f(x)f(x+2a)=f(x)。