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Cómo demostrar que no hay funciones continuas $f:[0,1]\to \mathbb R$ tal que $f(x)+f(x^2)=x$.

Demostrar que no hay funciones continuas $f:[0,1]\a R$, tal que $$ f(x)+f(x^2)=x. $$

Mi intento. Suponga que existe una función continua con esta propiedad. Así, para cualquier $n\ge 1$ y todo $x\in [0,1]$, \begin{align*} f(x) y=x-f(x^2)=x-\big(x^2-f(x^4)\big)=x-x^2+\big(x^4-f(x^8)\big)=\cdots\\ y=x-x^2+x^4-\cdots+(-1)^n\left(x^{2^n}-f\big(x^{2^{n+1}}\big)\right) \end{align*}

dado que $f(0)=0$ y $\displaystyle\lim_{n\to \infty}x^{2^{n+1}}=0$ para $x\in(0,1)$,se sigue por la continuidad de $f$ que $\displaystyle\lim_{n\to \infty}f\big(x^{2^{n+1}}\big)=0$, por lo tanto $$f(x)=x-x^2+x^4-x^8+\cdots+(-1)^nx^{2^n}+\cdots$$ para cualquier $x\in (0,1)$

¿Por qué tengo que probar que existe existe un continuo de funciones $f$? Tal vez mi ejemplo está mal? Por qué?

si mi método es malo,entonces, ¿Cómo demostrar que este problema ? Gracias.

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fianchetto Puntos 186

Claramente, para cada $x\in[0,1)$,
$$ f(x)=\sum_{n=0}^\infty (-1)^nx^{2^n}. $$ G. H. Hardy ("En cierta oscilación de la serie", del Cuarto de galón. J. Math. 38 (1907), 269-288) demostró que $f$ tiene infinitamente muchos, muy pequeñas oscilaciones como $x\1^−$, ver Figura adjunta,

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y el límite de $f$, $x\1^-$, no existe. Ver Duren del libro.

La actualización. Para una primaria de la prueba, puede ser fácilmente calculado que $f(0.995)>.5$ ($f(.995)=.500881586206$). Deje de $x_0=0.995$, entonces $$ f(x_0^{1/4})=x_0^{1/4}-f(x_0^{1/2})=x_0^{1/4}-x_0^{1/2}+f(x_0)>f(x_0). $$ De esta manera se obtiene una estrictamente creciente secuencia de $x_n=x_0^{1/4^n}$ tal que $x_n\1^-$ y $f(x_n)>f(x_0)>\frac{1}{2}$. Al mismo tiempo $$ f(x_n^2)=x_n-f(x_n)<1-\frac{1}{2}=\frac{1}{2},%\quad\text{y}\quad %f(x_{n+1}^2)=x_{n+1}-f(x_{n+1})=x_{n+1}-x_{n+1}^{1/2}+f(x_{n+1}^{1/2}) $$ y, por tanto, la secuencia de $y_n=x_n^{2}\1^ -$ y $f(y_n)<1/2$. Por lo tanto el límite de $\lim_{x\to 1^-}f(x)$ no existe. (Véase también el Rompecabezas de 8.)

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user87023 Puntos 1

El enfoque sencillo es tener en cuenta que la convergencia de $f$ en $1$ es equivalente a la de Abel summability de una determinada serie, cuyas sumas parciales están acotadas, por lo que también es equivalente a Cesaro summability, pero el promedio de las sumas parciales claramente oscilan entre $1/3$ y $2/3$, por lo que no es Cesaro summable.

También hay enfoques más difícil. Para más detalles, pruebe estos recursos gratuitos:

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