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Dada cualquier función de $g(x): \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}$, encontrar una función $f(x)$ tal que $f(f(x)) = g(x)$.

Este es un problema que estaba casualmente hablando con amigos:

Dada cualquier función de $g(x): \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}$, encontrar un la función $f(x): \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}$ tal que $f(f(x)) = g(x)$.

Es posible encontrar una solución para $f(x)$ o demostrar que no hay una solución para $f(x)$ tal que $f(f(x)) = g(x)$ cualquier $g(x)$?

Por ejemplo, si $g(x) = x + 2$, $f(x)$ fácilmente podría ser $f(x) = x + 1$. Pero si $g(x) = x^2 - 1$, entonces no es claro para ver lo $f$ puede satisfacer a una solución.

Cuál es la estrategia que podría ser prometedor? Mi primera reacción instintiva sería algún método analítico, pero no puede pensar de una manera todavía...los Debates son bienvenidos!

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Technophile Puntos 101

Estás buscando el funcional de la raíz cuadrada de $g(x)$. En la mayoría de los casos no existen, pero que las soluciones son de la mente-bogglingly complicado. Ver el artículo de la Wikipedia para más información.

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Terry Phan Puntos 36

Esto no pretende ser una respuesta completa, más como un experimento de pensamiento, que es demasiado largo para un comentario.

Como @ParclyTaxel mencionado, funcional raíces cuadradas abundan, pero a veces son muy difíciles de encontrar. Permítanme ampliar sobre este punto a través de un sencillo ejemplo.

Considere la función $g:\mathbb C\to\mathbb C$ definida en todo el plano complejo como $g(x)\equiv -x$ por cada $x\in\mathbb C$. Es muy fácil encontrar una función de $f:\mathbb C\to\mathbb C$ tal que $f\circ f=g$; definir $f(x)\equiv\mathsf ix$ por cada $x\in\mathbb C$.

Sin embargo, lo que si $g:\mathbb R\to\mathbb R$, siendo definido como $g(x)\equiv -x$$x\in\mathbb R$, se limita a la línea real? Una solución a la funcional-square-raíz del problema todavía existe, pero la respuesta es la manera menos evidente en este caso.

Para la exhibición de una de estas soluciones, la primera nota de que los intervalos de $(0,1)$ $[1,\infty)$ tienen la misma cardinalidad, por lo que existe un bijection $h:(0,1)\to[1,\infty)$ entre ellos. Denotar la inversa como $h^{-1}:[1,\infty)\to(0,1)$. Definir $f:\mathbb R\to\mathbb R$ como sigue: \begin{align*} f(x)\equiv\begin{cases}h^{-1}(-x)&\text{if %#%#%},\\-h(-x)&\text{if %#%#%,}\\0&\text{if %#%#%,}\\h(x)&\text{if %#%#%,}\\-h^{-1}(x)&\text{if %#%#%.} \end{casos} \end{align*} No es difícil comprobar que $x\in(-\infty,-1]$, pero, como se puede ver, la respuesta es menos sencillo de lo que lo era en el caso complejo.

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