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f(f(x))=exp(x)-1 y otras funciones "justo en el medio" entre lineal y exponencial

La pregunta es acerca de la función f(x) de modo que f(f(x))=exp (x)-1.

La pregunta es abierta y se ha discutido recientemente en el hilo de comentarios en Aaronson del blog aquí http://scottaaronson.com/blog/?p=263

La tasa de crecimiento de la función f (x tiende a infinito) es mayor de lo lineal (lineal significa que S(x)), el polinomio (significado exp (O(log x))), cuasi-polinomio (significado exp(exp O(log log x))) cuasi cuasi-polinomio etc. Por otro lado, la función f es subexponential (incluso en el CS sentido f(x)=exp (s(x))), subsubexponential (f(x)=exp exp (o(log x))) subsubsub exponencial y así sucesivamente.

¿Qué se puede decir acerca de f(x) y sobre otras funciones con tal intermedio comportamiento del crecimiento? Puede tal intermedio crecimiento del comportamiento del ser representadas por funciones analíticas? Es esta la función f(x) u otras funciones con tal intermedio crecimiento relevante para cualquier interesantes de la matemática? (Parece que muy interesante matemáticos y otros científicos pensaban acerca de esta función/tasa de crecimiento.)

Relacionados con el MO preguntas:la solución de f(f(x))=g(x); Cómo resolver f(f(x)) = cos(x) ? ; Hace que la función exponencial tiene una raíz cuadrada ; Cerrado de funciones de forma con la mitad del crecimiento exponencial; $f\circ f=g$ revisited, La falta de convergencia de f(f(x))=exp(x)-1 y etiquetados árboles de raíces, La funcional de la ecuación de $f(f(x))=x+f(x)^2$; funciones Racionales con un común recorrer .

28voto

sickgemini Puntos 2001

Déjame ver si puedo resumir la conversación hasta el momento. Si queremos $f(f(z)) = e^z+z-1$, entonces no será una solución analítica en un barrio de el eje real. Ver fedja del espacio de Banach argumento, o mi sketchier iteración argumento. El anterior informe de numérico ejemplos de lo contrario estaban en error; ellos vinieron de informática $(k! f_k)^{1/k}$ en lugar de $f_k^{1/k}$. No sabemos si esta función es todo. Si es así, entonces debe haber algún lugar en el círculo de radio $R$ donde es más grande de lo $e^R$. (Ver fedja comentario aquí.)

Si queremos $f(f(z)) = e^z-1$, no hay ninguna solución, incluso en un $\epsilon$-bola alrededor de $0$. De acuerdo a mathscinet, esto queda demostrado en un papel de Baker. Sin embargo, hay dos la mitad-se itera (o asociados Fatou coordenadas $\alpha(e^z - 1) = \alpha(z) + 1$) que son holomorphic con muy grandes dominios. Uno es holomorphic en el complejo los números sin que el rayo $\left[ 0,\infty \right)$ a lo largo del eje real positivo, el otro es holomorphic en los números complejos sin el rayo $\left(- \infty,0\right]$ a lo largo del eje real negativo. Y ambos tienen el poder formal de la serie de la mitad-iterar $f(z)$ asintótica serie a 0.

Si queremos $f(f(z))=e^z$, existen soluciones analíticas en un barrio de la recta real, pero son conocidos por no ser entero.

Voy a hacer esta respuesta de la comunidad wiki. ¿Qué otra cosa he dejado fuera de mi resumen?

Aquí está una relacionada con el MO pregunta. Las respuestas a la pregunta nueva contener otras informaciones de interés. Permítanme mencionar aquí un enlace con muchas referencias en "iterativo raíces y las fracciones de iteraciones" un enlace en particular en el proceso iterativo de la raíz cuadrada de exp (x) está aquí.

Los siguientes dos enlaces mencionados en el antiguo blog de discusión pueden ser útiles http://www.math.niu.edu/~rusin/conoce-matemáticas/97/sqrt.exp http://www.math.niu.edu/~rusin/conoce-matemáticas/99/sqrt_exp

14voto

thedeeno Puntos 12553

Me permite dejar en paz el particular, la ecuación se hace mención a la cuestión de la serie, y centrarse en la idea general de búsqueda de funciones "en el medio" entre dos familias de funciones. Hay algunos muy interesantes de las matemáticas en esa idea.

La esencia de esta parte de tu pregunta es que usted tiene dos familias de funciones, en su caso, las funciones lineales y las funciones exponenciales, y la primera familia que se encuentra debajo de la segunda, en el sentido de que cada función en la parte inferior de la familia es, finalmente, dominado por cada función en la parte superior de la familia. Debido a esto, es muy natural querer comprender las funciones que se encuentran entre las dos clases. En qué circunstancias y para qué tipos de familias $L$ $U$ podemos siempre encontrar una función $f$ llenando el vacío? Es decir, buscamos una función de $f$ que con el tiempo domina las funciones en la parte inferior de la familia $L$ y finalmente es dominado por las funciones en la parte superior de la familia $U$. Es natural considerar los casos en que las familias son máximas en algún sentido, y como un caso especial, se podría considerar lo que sucede cuando se linealmente ordenado por la eventual dominación.

Mucho del contenido de esta pregunta está presente ya en el caso de las funciones de $f:\mathbb{N}\to \mathbb{N}$, y de hecho, resulta que gran parte del fenómeno fundamental que se produce ya para las funciones de $g:\mathbb{N}\to 2$, lo que equivale a considerar el cociente $P(\omega)/Fin$, como en este MO respuesta.

Esta forma de pensar está íntimamente relacionado con el fenómeno de Hausdorff lagunas.

  • En primer lugar, si ambas familias son contables (o están determinadas por una contables sub-familia, lo cual es cierto en su caso), entonces es un ejercicio agradable para demostrar que uno siempre puede llenar el vacío (primero demostró por Hausdorff). Esto es, dados dos contables de las familias de funciones, los miembros de la primera final siempre dominada por miembros de la segunda, entonces existe una función de llenar la brecha.

  • Segundo, Hausdorff construido ejemplos de familias de funciones que no admiten la función en el medio; estas lagunas no puede ser llenado. Es decir, se produce una menor de la familia $L$ y superior de la familia $U$, de tal manera que cada función en la parte inferior de la familia, finalmente, fue dominado por cada función en la parte superior de la familia, pero no hay ninguna función sólo en el medio, llenando el vacío. Sus ejemplos fueron sin llenar los vacíos de tener innumerables tipo de orden $(\omega_1,\omega_1)$, en el sentido de que el tanto de la parte inferior y superior de las familias están determinadas por una casi-aumento de la $\omega_1$-secuencia de funciones.

  • El unfillable la naturaleza de estas deficiencias, sin embargo, admite que el amplio conjunto de la teoría de la independencia, en el sentido de que un vacantes brecha a veces puede ser llenado por una función que se añade al forzar, es decir, moviendo a un conjunto más amplio de la teoría de universo. Al mismo tiempo, existen métodos de sellado de una brecha, que evitar que cada vez que se rellena un cardenal-la preservación de forzar la prórroga.

  • Kunen demostrado que es consistente con el axioma de Martin plus $\neg CH$ que hay sin llenar los vacíos de tipo $(\omega_1,c)$ $(c,c)$ donde $c$ es el continuo, y también de acuerdo en que todas estas lagunas están llenas.

12voto

John Topley Puntos 58789

No hay un único poder formal de la serie de solución de con $f(0) = 0$$f'(0) = 1$. Yo había supuesto que los coeficientes serían positivos, lo que implica que son más pequeños que los de $\exp(x)$, de tal manera que $f(x)$ es todo. No hubo suerte. Arce me da esto:

$$f(x) = x + \frac{x^2}4 + \frac{x^3}{48} + \frac{x^5}{3840} - \frac{7x^6}{92160} + \frac{x^7}{645120} + \frac{53x^8}{3440640} + \cdots.$$

Esto no dice mucho sobre el posible radio de convergencia de esta serie. Por otro lado, se espera que sea todo puede han sido ingenuo desde el principio, porque parece poco probable que $f(f(x))$ sería periódica en el imaginario de la dirección.


Desde que Michael Lugo ha encontrado evidencia de que la serie de Taylor tiene cero radio de convergencia, no es una muy buena manera de describir o incluso definir $f(x)$. Es claro que no existe una única $f(x)$ que es convexa (al menos para $x \ge 0$), y que ese $f$ es suave en 0 y real de la analítica lejos de $0$? Hay un libro en las fracciones de la iteración de funciones que, presumiblemente, se ocupa de estas cuestiones.

9voto

Wheelie Puntos 2365

Si lo que quieres es una composición de la raíz cuadrada de algo como $e^z-1$ analítica en algunos de disco alrededor del origen, me iría a por $e^z-1-\frac 34 z=\frac z4+h(z)$. A continuación, poner $f(z)=\frac z2+g(z)$, vemos que tenemos que resolver $$ g(z)=Tg(z)=-2g(\tfrac z2+g(z))+2h(z). $$ Ahora, considere el espacio de Banach de todos analítica en el disco $D$ radio $r>0$ funciones $g$ satisfacción $\|g\|= \sup_{D}|g(z)|\cdot|z|^{-3/2}<+\infty$. Si $r$ es lo suficientemente pequeño, entonces $T$ mapas de la unidad de la bola en este espacio para sí mismo y es una contracción allí.

8voto

ricree Puntos 5055

Este no parece ser inmediatamente vinculada a la teoría de la complejidad, pero el caso específico de exp(x)-1 es algo muy interesante desde el punto de vista de los grupos formales. exp(x)-1 da un distinguido isomorfismo entre la formal aditivo grupo la ley oficial y el grupo multiplicativo de la ley (y tal isomorfismo sólo existe en característica cero). Hay dos raíces cuadradas de este isomorfismo, con un rendimiento intermedio grupo formal de las leyes. Para cada uno de los primos p, ambos isomorphisms convergen en un p-ádico disco de positivo pequeño radio. Un comportamiento Similar se tiene para la n-ésima raíz.

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