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第4题

求所有函数 f:Z→Zf:\mathbb Z\to\mathbb Z,使得任意满足 a+b+c=0a+b+c=0 的整数 a,b,ca,b,c 都有 f(a)2+f(b)2+f(c)2=2f(a)f(b)+2f(b)f(c)+2f(c)f(a)f(a)^2+f(b)^2+f(c)^2=2f(a)f(b)+2f(b)f(c)+2f(c)f(a)。
第 4/5 步:非周期分支是二次式
通俗地说

若不属于周期二分支,方程会把从 1 得到的二次模式传播到每个正整数。

f(n)=cn2f(n)=cn^2
详细分析

设 f(2)=4f(1)f(2)=4f(1) 且令 c=f(1)c=f(1)。若 c=0c=0,这是二次族中的零函数。若 c≠0c\ne0,在原方程中代入 (a,b,c)=(1,n,−n−1)(a,b,c)= (1,n,-n-1) 归纳得到两种可能:f(n+1)=(n+1)2cf(n+1)=(n+1)^2c 或 f(n+1)=(n−1)2cf(n+1)=(n-1)^2c。后一种再代入 (a,b,c)=(n+1,1−n,−2)(a,b,c)=(n+1,1-n,-2) 后在 n>2 时不可能;初始情形给出 f(3)=9cf(3)=9c。故所有 n 都有 f(n)=cn2f(n)=cn^2,直接代入即可验证。