求所有的函数 f: R → R,使得对任意 x, y ∈ R 都有 (x + y)·[f(x) - f(y)] = (x - y)·f(x + y).

发布时间 2023-12-07 23:35:45作者: readalps

求所有的函数 f: RR,使得对任意 x, y ∈ R 都有 (x + y)·[f(x) - f(y)] = (x - y)·f(x + y).

解:由题设等式变形,即有 (x + y)·[f(x) - f(y)] / (x - y) = f(x + y). 再令 y 趋于 x,就得到

①        2x·f'(x) = f(2x).

由 ① 可知,f(x) 在 R \ {0} 上可导. f(x) 在 x = 0 处是否可到还需另行判别. 令 y = 0,代入题设等式,有

x·[f(x) - f(0)] = x·f(x). 即 x·f(0) = 0. 于是 f(0) = 0. 由此结合 ①,可知 f(x) 在 x = 0 处也可导. 因此,f(x) 在 R 上可导.

 

令 x = 2u,y = -u,代入题设等式,即有 u·[f(2u) - f(-u)] = 3u·f(u). 即 [f(2u) - f(-u)] = 3f(u). 于是又有

②        f(2x) = 3f(x) + f(-x).

由 ① 和 ②,则有

③         2x·f'(x) = 3f(x) + f(-x).

令 g(x) = [f(x) + f(-x)] / 2,h(x) = [f(x) - f(-x)] / 2,易知 g(x) 是偶函数,h(x) 是奇函数,且 f(x) = g(x) + h(x),f(-x) = g(x) - h(x).

于是 f'(x) = g'(x) + h'(x),而  3f(x) + f(-x) =  3g(x) + 3h(x) + g(x) - h(x) = 4g(x) + 2h(x). 代入 ③,化简即有

④        xg'(x) + xh'(x) = 2g(x) + h(x).

由于 g(x) 是偶函数,结合导数的极限定义可知 g'(x) 是奇函数;同样由 h(x) 是奇函数可知 h'(x) 是偶函数. 于是 ④ 中 xg'(x) 和 2g(x) 是偶函数,而 xh'(x) 和 h(x) 是奇函数. 于是由 ④ 变形得到

⑤        xg'(x) - 2g(x) = h(x) - xh'(x).

⑤ 的左边是偶函数,右边是奇函数. 于是就有

⑥        xg'(x) - 2g(x) = 0.

⑦        h(x) - xh'(x) = 0.

⑥ 即为 x·(dg / dx) = 2g,亦即 g-1dg = 2x-1dx. 两边求不定积分,即有 ln|g| = 2·ln|x| + C,化简即有 g(x) = C1x2.

对 ⑦ 作类似处理,可得 h(x) = C2x. 于是

f(x) = g(x) + h(x) = C1x2 + C2x. 其中 C1 和 C2 可为任意实数.