作者Lemur (Qoo)
看板Math
標題Re: [中學] 證明若f(a)f(b) = f(a+b) 則f(x)為指數函數
時間Thu Jan 18 02:53:59 2018
如果f非零函數, f嚴格遞增/遞減,
那用中學的夾擊原理試看看囉.
1. 求 f(0): f(0) = f(0+0) = f(0)f(0). 得 f(0)= 0 或 1.
若 f(0)=0, 則 f(a)=f(a+0) = f(a)f(0) = f(a)*0 = 0 為零函數, 與新題意不合.
故以下均假設 f(0)=1.
2. x為整數a, 由 f(1)= 正常數(簡寫為u) 求f(x)通式, 可得f(x)為正指數函數:
f(0+1)= f(0)f(1) =u, f(1+1)= f(1)f(1) =u^2,..., 得f(a)=u^a.
f(-1)= f(-1+1) / f(1) =u^(-1), f(-2)= f(-2+1) / f(1)= u^(-2),..., 得f(a)=u^a.
3. x 為有理數 a/b. 考慮分母b=2,3,4,..., 仍可得f(x)為正指數函數:
b=2, f(a)=f(a/2+a/2)=f(a/2)f(a/2), 得f(a/2)= f(a)^(1/2) =u^(a/2).
b=3, f(a)=f(a/3 + a/3)f(a/3)=f(a/3)^3, 得f(a/3)=u^(a/3).
以此類推, 可得對任意有理數 a/b, f(a/b)=u^(a/b).
4. x 為實數, 由有理數雙邊逼近法, 有: (在此簡寫 最小上界=M,最大下界m.)
4-1. x = lim q_n = 有理數數列 q_1 < q_2 <...< q_n <... 之M, 則對所有n,
u^(q_n) = f(q_n) 由f嚴格遞增/減, 必恆>f(x)或恆<f(x), 得 u^x 亦為f(x)之M或m.
4-2. 同理 x=lim q_n = 另一組 q_1 > q_2 >...> q_n >... 之m, 則對所有n,
u^(q_n) = f(q_n) 必恆<f(x)或恆>f(x), 得 u^x 亦為f(x)之m或M.
故由夾擊原理, m=M=f(x)=u^x.
以中學生的題目而言,我想只是漏掉了遞增遞減,用連續性解就更超出範圍了.
※ 引述《arthurduh1 (arthurduh1)》之銘言:
※ 引述《cat91 (支持貓咪統治世界)》之銘言:
: 在網路上看到一題:
: 若對於任何實數a,b皆有: f(a)f(b) = f(a+b) ,請證明: f(x)必為指數函數。
: 反過來想十分顯然,但若是這樣真能證明嗎?
: 百思不得其解
來個非 0 函數的反例吧~
由選擇公理, R/Q as vector spaces 有個基底 {α_i : i 屬於某個 index set}.
特別挑一個 α_i 出來, 把它叫做 β.
對於任一實數 a, 若 a 在上述基底中, 其 β 的係數為 k,
則令 f(a) = 2^k 3^{a-kβ}.
此 f 會滿足條件. (由線性代數)
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很暴力的作法...
不曉得能否繞過選擇公理@@
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※ 編輯: arthurduh1 (111.254.218.129), 01/18/2018 01:31:31
推 Lemur : 這f(a)是指數函數吧 01/18 02:07
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