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Soluciones para el Funcional de la Ecuación de $f(x^2)=f(x)^2$

Supongamos que una función continua $f:[0,1]\rightarrow [{0,1}]$ satisface la ecuación funcional $f(x^2)=f(x)^2$. A continuación, suponemos que debemos tener $f(x)=0$ o $f(x)=x^r$ para algún número real $r\geq 0$. Sin embargo, no tengo la menor idea de cómo demostrar (o refutar) que una conjetura. ¿Alguien puede ofrecer este tipo de prueba, o para producir un contraejemplo? (Si es necesario, está bien asumir que f es también diferenciable.)

Uno muy importante: Se desprende del original de la ecuación funcional que $f(x^{2^n})=f(x)^{2^n}$ para cada entero $n$.

Gracias de antemano!

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Derick Bailey Puntos 37859

Sugerencia : $f(0)=f(0^2)=f(0)^2\iff f(0)\in\{0,1\}$ ; $f(1)=f(1^2)=f(1)^2\iff f(1)\in\{0,1\}$. También, $f(x^{2n})=f(x^n)^2$. Obviamente, $f(x)=x^n$ es uno de tales soluciones. Así es $f(x)=0$. Desde $f(x)$ $[0,1]$ como bueno, también tenemos a $f(f(x^2))=f(f^2(x))=f^2(f(x))$, y del mismo modo para mayores niveles de anidación.

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Himanshi Puntos 11

Hay muchos de la función $f(x)$ no de la forma $x^r$ que satisfacer $f(x^2)=f(x)^2$.

Comenzamos con Igor Rivin la sugerencia de hacer un logarítmica de sustitución. En realidad, podemos hacer una doble logarítmica de sustitución para simplificar la ecuación funcional aún más.

Vamos a utilizar el extendido de los números reales $[-\infty,\infty]:=\mathbb{R}\cup\{-\infty,\infty\}$, los que tienen el homeomorphism tipo de un intervalo cerrado. Ampliamos el exponenential y logaritmo funciones en la forma habitual (es decir,, $2^\infty=\infty$, $2^{-\infty}=0$, $\log 0=-\infty$, $\log \infty=\infty$). Las extensiones se mantenga continua.

Deje $\varphi:[0,1]\to [-\infty,\infty]$ ser dada por $$ \varphi(x)=\log_2(-\log_2 x). $$ Este es un homeomorphism, con inversa $$ \varphi^{-1}(v)=2^{-(2^v)}. $$

El mapa de $\varphi$ da una correspondencia entre continuos $f:[0,1]\to [0,1]$ y continua $h:[-\infty,\infty]\to[-\infty,\infty]$, dado por $$ h=\varphi\circ f\circ\varphi^{-1}. $$ Se puede comprobar que el $f(x^2)=f(x)^2$ todos los $x\in[0,1]$ si y sólo si $h(v+1)=h(v)+1$ todos los $v\in[-\infty,\infty]$ (con la convención de las $-\infty+1=-\infty$$\infty+1=\infty$).

Si $h(v+1)=h(v)+1$, $h$ está determinado por su restricción a cualquier intervalo de longitud 1, decir $[0,1]$. Una función continua $j:[0,1]\to [-\infty,\infty]$ es la restricción de algunos $h$ satisfacción $h(v+1)=h(v)+1$ si y sólo si $j$ es idéntica $-\infty$, idéntica infinito o finito en todas partes. Al $j$ es idéntica $\pm\infty$, $f(x)$ es idéntica $0$ o $1$, de modo que excluir estos casos.

Explícitamente: vamos a $h:[0,1]\to (-\infty,\infty)$ ser cualquier función continua satisfacción de $h(1)=h(0)+1$. Ampliamos $h$ a una función continua $(-\infty,\infty)\to (-\infty,\infty)$ por $$ h(v)=h\left( v-\lfloor v\rfloor\right)+\lfloor v\rfloor. $$ Finalmente, se establece $h(-\infty)=-\infty$, $h(\infty)=h(\infty)$. A continuación, la función de $f:[0,1]\to[0,1]$ $f(x)=\varphi^{-1}(h(\varphi(x)))$ satisface $f(x^2)=f(x)^2$.

Como un caso especial: si $h(v)=v+\lambda$ fijos $\lambda\in\mathbb{R}$,$f(x)=x^{2^\lambda}$, por lo que tenemos cada función $f(x)=x^r$ ( $r>0$ ) de esta manera.

Para obtener una $f$ no de esta forma, necesitamos otra $h$. Por ejemplo, podríamos tomar a $h(v)=v+\sin(2\pi v)$, que es continua y satisface $h(v+1)=h(v)+1$.

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Igor Rivin Puntos 11326

¿Por qué no ir a log-log de la escala, por así decirlo. Si $x = \exp(u),$ $g(2u) = 2 g(u),$ para la elección adecuada de los $g.$

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