mot_phuong_phap_giai_pt_ham_tren_n.pdf

5
MT KĨ THUT GII PHƯƠNG TRÌNH HÀM TRÊN N Nguyn Trng Tun PTNK - Đại hc quc gia thành phHChí Minh MĐẦU: Các bài toán vphương trình hàm đòi hi phi biết vn dng tng hp các kiến thc vhàm s. Đối vi lp các phương trình hàm trên N, chúng ta còn phi biết vn dng các kiến thc ca lí thuyết s. Ta đã biết các kết qurt cơ bn và quen thuc sau đây : 1.Mi stnhiên đều có thphân tích được mt cách duy nht ( không ktht) thành tích ca các tha snguyên t: 1 2 1 2 ... k k n p p p a a a = đây p i là các snguyên tphân bit và i N a 2. Mi stnhiên n đều được biu din duy nht dưới dng 2. m n k = , đây m là stnhiên và k là sl. 3. Vi hai stnhiên p khác 0 cho trước, mi sn đều có thviết dược duy nht dưới dang n = kp + r vi 0 r p -1 . Các kết qutrên rt hu ích khi gii mt sphương trình hàm trên N. Ni dung ca phương pháp này có thtóm tt như sau : - Tìm công thc xác định f(n) vi n thuc vmt tp hp T N nào đó. - Biu din n theo các phn tca tp hp T. Nói tóm lai, để xác định hàm f(n) ta chcn xác định hàm f(n) trên T. Tp hp T có thvô hn hoc hu hn, thm chí T có thgm 1 hoc 2 phn t. Ví d1. Tìm tt ccác hàm f: N* N* tha mãn điu kin f(f(m)+ f(n)) = m +n vi mi n N* ? Gii. D`dàng chng minh được f là hàm có tính cht đơn ánh. Gism,n,p,q là 4 stnhiên tha mãn m +n = p + q. Khi đó f(f(m)+f(n))= f(f(p) + f(q)) Do f là đơn ánh nên ta có f(m) + f(n) = f(p) + f(q) Tđẳng thc trên suy ra: f(m) - f(m-1) = f(m-1) - f(m-2) = …= f(3) - f(2) = f(2) - f(1) Như thế dãy (f(m)) là mt cp scng vi shng đầu là f(1) và công sai là d = f(2) - f(1). Như thế để xác định được f(m) ta chcn xác định f(2) và f(1). PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

Upload: popeye-nguyen

Post on 03-Oct-2015

226 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

ptham

TRANSCRIPT

  • MT K THUT GII PHNG TRNH HM TRN N

    Nguyn Trng Tun PTNK - i hc quc gia thnh ph H Ch Minh

    M U: Cc bi ton v phng trnh hm i hi phi bit vn dng tng hp cc kin thc v hm s. i vi lp cc phng trnh hm trn N, chng ta cn phi bit vn dng cc kin thc ca l thuyt s. Ta bit cc kt qu rt c bn v quen thuc sau y : 1.Mi s t nhin u c th phn tch c mt cch duy nht ( khng k th t) thnh tch ca cc tha s nguyn t: 1 21 2 ... kkn p p paa a= y pi l cc s nguyn t phn bit v i Na 2. Mi s t nhin n u c biu din duy nht di dng 2 .mn k= , y m l s t nhin v k l s l. 3. Vi hai s t nhin p khc 0 cho trc, mi s n u c th vit dc duy nht di dang n = kp + r vi 0 r p -1 . Cc kt qu trn rt hu ch khi gii mt s phng trnh hm trn N. Ni dung ca phng php ny c th tm tt nh sau : - Tm cng thc xc nh f(n) vi n thuc v mt tp hp T N no . - Biu din n theo cc phn t ca tp hp T. Ni tm lai, xc nh hm f(n) ta ch cn xc nh hm f(n) trn T. Tp hp T c th v hn hoc hu hn, thm ch T c th gm 1 hoc 2 phn t. V d 1. Tm tt c cc hm f: N* N* tha mn iu kin f(f(m)+ f(n)) = m +n vi mi n N* ? Gii. D`dng chng minh c f l hm c tnh cht n nh. Gi s m,n,p,q l 4 s t nhin tha mn m +n = p + q. Khi f(f(m)+f(n))= f(f(p) + f(q)) Do f l n nh nn ta c f(m) + f(n) = f(p) + f(q) T ng thc trn suy ra: f(m) - f(m-1) = f(m-1) - f(m-2) = = f(3) - f(2) = f(2) - f(1) Nh th dy (f(m)) l mt cp s cng vi s hng u l f(1) v cng sai l d = f(2) - f(1). Nh th xc nh c f(m) ta ch cn xc nh f(2) v f(1).

    PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

  • Ta c f(m) = f(1) +(f(2)-f(1))(m-1) vi mi m N*. Thay biu thc ca f(m) vo h thc u bi ta c f(2f(1) + (m-1)d + (n-1)d) = m + n Hay f(1) + [2f(1)+(m-1)d + (n-1)d -1 ] d = m + n Suy ra f(1) = d =1 . T hm s duy nht cn tm l f(n) = n vi mi n N*. V d 2. C bao nhiu hm s f: N N tha mn iu kin f(f(n)) = n +4 vi mi n N ? Gii Gi s f(m) = n. Khi f(n) = f(f(m)) = m+4 . Suy ra f(m+4) = f(f(n)) = n + 4 hay f(m+4) = f(m) + 4. Bng qui np theo k, d dng chng minh c f(m+4k) = f(m) + 4k. Vit m di dng m = 4k + r , y r {0,1,2,3}. Khi f(m) = f(4k+r) = f(r)+4k. Nh vy, xc nh hm s ta ch cn xc nh cc gi tr f(0),f(1),f(2),f(3). Vi mi r {0,1,2,3}, ta vit f(r) di dng duy nht f(r) = 4p + s vi s {0,1,2,3} Khi f(4p+s) =f(f(r)) , suy ra 4p + f(s) = r + 4. Nh th r = f(s) + 4(p-1), t dn ti p = 0 hoc p = 1. Xt p = 0. Ta c f(r) = s v f(s) = r + 4. Xt p = 1. Ta c f(r) = s + 4 v f(s) = r Ch rng ta khng th c f(r) = r. T ta c th xy dng tt c cc hm f tha mn yu cu bi ton nh sau: - Chia tp hp {0,1,2,3} thnh 2 tp ri nhau {a,b} v {c,d} - Nu f(a) = c ,f(b) = d th f(c)=a+4,f(d)=b+4 Nu f(a) = d ,f(b) = c th f(d)=a+4,f(c)=b+4 Chng hn, ta c th ch ra mt hm nh sau: f(1) = 3, f(4) = 2 , f(3) = 5 , f(2) = 8 v f(4k +r ) = 4k +f(r) , r {0,1,2,3} D thy c tt c 12 hm s tha mn yu cu bi ton. Nhn xt: Bng phng php trn ta c th gii bi ton tng qut: Cho b l s t nhin , tm tt c cc hm f: N N tha mn iu kin f(f(n)) = n + b vi mi n N. V d 3. Cho hm f: N N tha mn iu kin

    PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

  • f(f(n)) = 2n vi mi n N. Xc nh gi tr nh nht c th c ca f(2010). Gii. Gi s f(m) = n , khi f(n) = f(f(m)) =2m v nh th f(2m) = f(f(n)) = 2n hay f(2m) =2f(m) vi mi m N. Bng qui np, ta chng minh c (2 ) 2 ( ) ,k kf m f m m N= " Mi s t nhin n lun vit c duy nht di dng 2 .mn a= , trong m l s t nhin , cn a l mt s l. Ta c ( ) (2 ) 2 ( )n nf n f a f a= = Nh vy xc nh hm s, ta ch cn xc nh f(a) vi a l. By gi, gi s ( ) 2 pf a b= vi p l s t nhin v b l. Khi (2 ) ( ( )pf b f f a= hay 12 ( ) 2 2 ( )p pf b a f b a-= = Do a l nn p = 1 v t f(a)= 2b v f(b) = a. Hin nhin rng a b v nu f(a) = 2b=2a th f(2a) = f(f(a))= 2a hay 4b = 2a , mu thun. Nh vy, c th xy dng hm f nh sau : - Chia tp hp v hn cc s l thnh hai tp con v hn ri nhau A v B. Vi mi a A t ty f(a) = b B v f(b) = 2a. - Vi mi 2 .mn a= vi a l , t ( ) 2 ( )mf n f a= . Ta c 2010 = 2. 1005 T f(2010) =2f(1005). Suy ra f(2010) nh nht khi f(1005)=1 ng vi hm f m f(1005)=1 , f(1) = 2010 v cc gi tr k l khc ta t ty theo qui tc trn. V d 4. Cho hm s f: N* N* tha mn iu kin: 2( ( )) ( ), , *f mf n n f m m n N= " Xc nh gi tr nh nht c th c ca f(2010). Gii. D thy f l hm n nh. Cho m = n = 1 ta c f(f(1)) = f(1) , suy ra f(1) = 1. Cho m = 1 ta c 2( ( )) , *f f n n n N= " Thay m bi f(m) ta c: 2 2 2( ( ) ( )) ( ( )) ( ( ))f f m f n n f f m n m f f mn= = = Do f n nh nn f(mn) = f(m)f(n) vi mi m,n N*. Vy f c tnh cht nhn . T xc nh hm f ta ch cn xc nh gi tr ca n ti cc im p nguyn t. Gi p l s nguyn t v gi s f(p) = ab. Khi f(ab) = f(f(p)) hay 2( ) ( )f a f b p=

    PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

  • Do p nguyn t nn ch xy ra kh nng f(a) = f(b) = p , suy ra a = b. Vy f(p) = a2 v f(a2) = f(f(p) = p2 . Nh th f(a) = p . Ta s chng minh a l mt s nguyn t. Tht vy, nu a = mn vi m,n > 1 th p= f(a) = f(m)f(n) , v l v f(m) >1 v f(n) > 1. Tm li, nu p l s nguyn t th f(p) hoc l s nguyn t, hoc l bnh phng ca mt s nguyn t. Ch rng khng th c kh nng f(p)= p hoc f(p) =p2 vi p nguyn t. T ta c th xy dng hm f tha mn yu cu bi ton nh sau : - Chia tp hp cc s nguyn t thnh v hn cp ri nhau (p,q) v t f(p) = q , f(q) = p2. - Vi mi s 1 21 2 ... kkn p p paa a= ta t 1 21 2( ) ( ) ( ) ... ( ) kkf n f p f p f p aa a= Ta c 2010 = 22.3.5.67 nn gi tr nh nht c th c ca f(2010) ng vi hm f m f(2) = 3 , f(3) = 4 , f(5) = 7 , f(67) =11 v f(2012) = 32.4.7.11 = 2772. Hy vng rng qua 4 v d trn , chng ta s phn no nm c k thut gii mt lp cc phng trnh hm trn N. Sau y l mt s bi tp rn luyn. BI TP 1. Chng minh rng khng tn ti hm s f: N* N* tha mn cc iu kin f(mf(n)) = n + f(2m) vi mi m,n N*. 2.Tm tt c cc hm f: N N tha mn iu kin f(f(n)) = n + 2 vi mi n N.

    3. Cho hm f: N N tha mn iu kin f(f(n)) = 3n vi mi n N.

    Xc nh gi tr nh nht c th c ca f(2012).

    4. Tm tt c cc hm f: N N tha mn iu kin f( n+f(n)) = 2n + 2 vi mi n N.

    5. Tm tt c cc hm f: N* N* tha mn cc iu kin i) f(mf(n)) = n2f(mn) vi mi n N*. ii) Nu p nguyn t th f(p) l hp s nhng khng phi l s chnh phng.

    PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

  • 6. Tm tt c cc hm f: N N tha mn iu kin f(mf(n)) = n3f(m) vi mi n N*. 7. (IMO 1998) Xt cc hm s f: N* N* tha mn cc iu kin f(m2f(n)) = n(f(m))2 vi mi m,n N*.

    PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com