Các phương pháp giải phương trình hàm thường dùng
Nhận xét: Nếu ta chỉ dự đoán f(x) có dạng nào đó thì phải chứng minh sự duy nhất của các
hàm số tìm được.
Ví dụ 5: Hàm số y = f(x) xác định, liên tục với ∀ ∈ x ℝ và thỏa mãn điều kiện:
f(f(x)) = f(x) + x, ∀ ∈ x ℝ
Hãy tìm hai hàm số như thế.
Lời giải:
Ta viết phương trình đã cho dưới dạng f(f(x)) – f(x) = x (1).
Vế phải của phương trình là một hàm số tuyến tính vì vậy ta nên giả sử rằng hàm số cần tìm
có dạng: f(x) = ax + b.
⇔ − = . Chọn ( ) ( ) ( ); 8 sin 2 . 2 2 2 x y y R f y f y y g bpi pi pi = + ∈ ⇒ + − = − . 14 ( ) ( ) ( )sin 2 . 2 2 2 a b f y f y y g cpi pi pi + ⇒ + − − = − . Theo (8): ( ) ( )2 2 2 f y f y g y dpi pi + − − = − . ( ) ( ) ( ) ( ) ( )2 sin 2 . 2 sin 2 sin 2 c d g y y g y R g x a x g x a xpi + ⇒ = ∀ ∈ ⇒ = ⇒ = x R∀ ∈ . (với 2 a g pi = cho trước.) Cho ( ) ( ) ( ) ( ) ( )0; 0 cos . sin 2 ( 0 ) , 2 ay x R f x f x g x f x x b b f x R= ∈ ⇒ − = ⇒ = + = ∀ ∈ . Thử lại 2 hàm số: ( ) ( ) sin 2 2 sin af x x b g x a x = + = (Với a, b là hằng số cho trước). Thỏa mãn (8). Ví dụ 9: Tìm :f R R→ thỏa mãn: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )2 1 1 1 0 f x f x x R a f x f x x R b f xf x c x x − = − ∀ ∈ + = + ∀ ∈ = ∀ ≠ . Lời giải: Ta tính 1xf x + ñến ( )f x theo hai cách: ( ) ( )21 1 11 1 1 0f xxf f f x ax x x x + = + = + = + ∀ ≠ . 2 2 2 11 1 1 11 1 1 1 1 1 xf f x xx xf f x x xx x x x − + + + + = = = + − = + + + ( ) ( ) 2 2 2 11 1 11 1 1 1 f xx xf x x x x + + + = + − = − = + + ( ) ( ) ( ) 2 2 11 1 0, 1 1 f xx x x b x x ++ − ∀ ≠ ≠ + . ( ) ( ) ( ) 0; 1a b f x x x x+ ⇒ = ∀ ≠ ≠ . Với ( ) ( )0; 0 0x a f= ⇒ = thỏa mãn ( )f x x= . Với ( ) ( ) ( )1; 1 1x a f f= ⇒ − = − : Cho ( ) ( ) ( )0; 1 1 1 1x b f f= ⇒ = ⇒ − = − thỏa mãn ( )f x x= . 15 Vậy ( )f x x x R= ∀ ∈ . Thử lại thấy ñúng . Ví dụ 10: Tìm { }: \ 0f R R→ thỏa mãn: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 1 1 1 . , 0 x , 0 f a f f f x y b x y x y x y f x y xy f f y x y xy x y c = = ∀ ≠ + + + = ∀ + ≠ tháa mn . Lời giải: Cho ( )*,x y R b= ∈ ta ñược: ( ) ( ) ( )1 12 2 2 0 * 2 f f f x f x x x x = ⇒ = ∀ ≠ Cho ( )*,x y R c= ∈ ta ñược: ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( )2 22 '2 2 2 2 0 *x f x x f x f x x f x x= ⇔ = ∀ ≠ . Thế (*) vào (*’) suy ra: ( ) ( )( ) ( )2 " *f x x f x= . Giả sử: *1,o ox x R∃ ≠ ∈ sao cho: f(xo) = 0. Thay 1 ;o ox x y x= − = vào (*”) ta ñược: f(1) = 0 trái với giả thiết f(1) = 1. Vậy ( ) 0 1; 0f x x x≠ ∀ ≠ ≠ . Vì ( )1 1 0f = ≠ nên từ (*”) suy ra ( ) 1 0f x x x = ∀ ≠ . Thử lại thấy ñúng. Ví dụ 11: Tìm :f R R→ thỏa mãn: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )4 1 1 2 , 1 0 f a f x y f x f y xy x y R b f xf x c x x = + = + + ∀ ∈ = ∀ ≠ . Lời giải: Cho ( ) ( )0, 0 0x y b f= = ⇔ = Cho ( ) ( ) ( ) ( )20, 2 2 2 1x y t b f t f t t= = ≠ ⇔ − = . Cho ( ) ( )21 1 1 1, 2 *2 2 2x y b f ft t t t = = ⇔ − = Từ ( ) ( ) ( )( )44 21 1 ; 2 2 f t f t c f f t t t t ⇒ = = . Thế vào (*) ta ñược: ( ) ( )( ) ( )44 2 2 12 2 22 f t f t t tt − = . ( ) ( ) ( ) 21 2 0f t t t+ ⇒ = ∀ ≠ . Từ ( ) ( ) 20 0f f t t t R= ⇒ = ∀ ∈ . Thử lại thấy ñúng. Ví dụ 12: Cho hàm số ( ) ( ): 0; 0;f + ∞ → + ∞ thỏa mãn: ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ), 0; 12f xf y f y f f x x y y = ∀ ∈ + ∞ . 16 Lời giải: Cho: ( )( ) ( ) ( )( ) ( )1 1 1 . 1 1 1x y f f f f f f= = ⇒ = ⇒ = vì ( )( ) ( )( )1 0 1 1f f f f≠ ⇒ = . ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 1; 0; 1 ff y x y f y f y f f y f y f y a y y = ∈ + ∞ ⇒ = = ⇔ = . Mặt khác: ( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) 1 1 1 f f yyf f y f y f y f f y f y f y f y y f y f y y y = = = = ( ) ( )( )1 1y f y f f f y y y = . Vì ( )( ) 0f f y ≠ nên ( ) ( ) ( )1 1 11 1y f y f f y f b y y y = ⇔ = . ( ) ( ) ( ) ( )1 0;a b f y y y + ⇒ = ∀ ∈ + ∞ . Thử lại thấy ñúng. Ví dụ 13: Tìm :f R R→ thỏa mãn: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 10 2 : , f a a R f a y f x f a x f y f x y x y R b = ∃ ∈ − + − = + ∀ ∈ . Lời giải: Cho ( ) ( ) 10, 2 x y b f a= = ⇒ = . Cho 0;y x R= ∈ ta ñược: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ). 0 .f x f x f a f f a x f x f a x c= + − ⇒ = − . Cho ;y a x x R= − ∈ ta ñược: ( ) ( )( ) ( )( ) ( )2 2f a f x f a x d= + − . ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) 2 1 1 22 12 2 f x c d f x f x = + ⇒ = ⇔ = − . Nếu ox R∃ ∈ sao cho: ( ) 12of x = − thì: ( ) ( ) ( ) 2 1 2 . 2 0 2 2 2 2 2 2 b c o o o o o o x x x x xf x f f f a f − = = + = − = ≥ ⇒ Vô lí. Vậy ( ) 1 2 f x x R= ∀ ∈ . Thử lại thấy ñúng. 17 Ví dụ 14: (VMO.1995) Tìm :f R R→ thỏa mãn: ( )( ) ( ) ( )( ) ( )22 2 2 , 14f x y x y f x f y x y R− = − + ∀ ∈ . Lời giải: Cho ( ) ( )( ) ( )( ) 2 0 00 0 0 0 1 f x y f f f = = = ⇒ = ⇔ = . Nếu ( )0 0f = : Cho 0y x R = ∈ ta ñược: ( ) ( )2 2 0f x x f t t t= ⇒ = ∀ ≥ Cho x y R= ∈ ta ñược: ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( )2 220 2 0f x x f x f x f x x f x x= − + ⇔ − = ⇔ = . Thử lại thấy ñúng. Nếu ( )0 1f = : Cho 0y x R = ∈ ta ñược: ( ) ( )2 2 1 1 0f x x f t t t= + ⇔ = + ∀ ≥ . Cho 0;x y R= ∈ ta ñược: ( ) ( )( ) ( )( ) ( )2 22 22 2f y y f y f y f y y= − + ⇒ = + ( ) ( )( ) 22 1 1 2 1 1 f y y y y y f y y = + = + + = + ⇒ = − − . Giả sử oy R∃ ∈ sao cho: ( ) 1o of y y= − − . Chọn ox y y= = ta ñược: ( ) ( )( ) ( )( ) 22 1 1 2 1 o o o o o o o o f y y y y f y f y f y y = − = − + ⇔ = + . Nếu ( ) ( )1 1 1 0 0 1 (o o o o of y y y y y f= − ⇒ − − = − ⇒ = = −vµ lo¹i) . Nếu ( ) ( )1 1 1 1 1 0o o o o of y y y y y f= + ⇒ − − = + ⇒ = − ⇒ − = . Thỏa mãn: ( ) 1o of y y= + . Vậy ( ) 1 f y y y R= + ∀ ∈ . Thử lại thấy ñúng. Ví dụ 15: (VMO.2005) Tìm :f R R→ thỏa mãn: ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ), 15f f x y f x f y f x f y xy x y R− = − + − ∀ ∈ . Lời giải: Cho ( )( ) ( )( )20 0 0x y f f f= = ⇒ = . ðặt ( ) ( ) 20 f a f a a= ⇒ = . Cho ( )( ) ( ) ( )( ) ( )2 22 2 2 *x y R f x x f a f x x a= ∈ ⇒ = + ⇒ = + . ( )( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) 2 2 f x f xf x f x f x f x = − ⇒ = − ⇒ = − − . Nếu *ox R∃ ∈ sao cho ( ) ( )o of x f x= − : + Chọn ( )( ) ( ) ( ) ( )0; o o o ox y x f f x a f x a f x a= = − ⇒ = − − + − . 18 + Chọn ( )( ) ( ) ( ) ( )0; o o o oy x x f f x a f x a f x b= = − ⇒ = + − . ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( )2 0o o o oa b a f x f x f x f x a c+ ⇒ − − − + − + = . Vì ( ) ( )o of x f x= − nên ( ) ( ) ( )( )* 2 2 2 2 2 20 0 0o o of x a f x x a a x a x= ⇒ = + ⇒ = + ⇒ = trái với giả thiết *ox R∈ . Vậy ( ) ( )f x f x x R= − − ∀ ∈ . Ta thấy (c) không phụ thuộc vào xo nên ta có: ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( )2 0a f x f x f x f x a c− − − + − + = . Thay ( ) ( )f x f x= − − suy ra: ( )( ) ( ) 0 1 0 1 a a f x f x = + = ⇔ = − . + Nếu ( ) ( )( ) ( )( ) * 2 20 f x x a f x x f x x = = ⇒ = ⇔ = − . Giả sử tồn tại *ox R∈ ñể ( )o of x x= . Khi ñó (b) suy ra: ( ) 0o o o o ox f x a x a x x= = + − ⇒ = trái giả thiết *ox R∈ . Vậy ( ) f x x x R= − ∀ ∈ . Thử lại thấy ñúng + Nếu ( ) 1 f x x R= − ∀ ∈ . Thử lại ta ñược ( )15 2 ,xy x y R⇔ = ∀ ∈ . Vô lí. Vậy hàm số cần tìm là: ( )f x x= − . Nhận xét: Có một suy luận hay nhầm lẫn ñược sử dụng các VD: VD13 ( )( ) ( ) ( ) 2 1 1 2 14 2 f x f x f x = = ⇔ = − ; VD14 ( )( ) ( ) ( )( ) 2 2 11 1 f y yf y y f y y = + = + ⇔ = − − ; VD15 ( )( ) ( )( ) 2 2 f x xf x x f x x = = ⇔ = − , ñó là hiểu sai: ( )( ) ( ) ( ) 2 1 1 2 14 2 f x x R f x f x x R = ∀ ∈ = ⇔ = − ∀ ∈ ; ( )( ) ( ) ( )( ) 2 2 11 1 f y y x Rf y y f y y x R = + ∀ ∈ = + ⇔ = − − ∀ ∈ ; ( )( ) ( )( ) 2 2 f x x x Rf x x f x x x R = ∀ ∈ = ⇔ = − ∀ ∈ . 19 Thực tế thường là như vậy nhưng về mặt logic thì không ñúng. ( )( )2 1 4 f x = thì ( )f x có thể là hàm khác nữa như ( ) ( ) ( ) 1 0 2 1 0 2 x f x x ≥ = − < . Như vậy ( )( ) ( ) ( ) 2 1 1 2 14 2 f x f x f x = = ⇔ = − chỉ ñúng với mỗi x cụ thể chứ không thể kết luận chỉ có hai hàm số ( ) 1 2 f x x R= ∀ ∈ hoặc ( ) 1 2 f x x R= − ∀ ∈ . ðể giải quyết vấn ñề này ta thường “thử” ( ) 1 2 f x x R= ∀ ∈ hoặc ( ) 1 2 f x x R= − ∀ ∈ vào ñề bài ñể tìm hàm số không thỏa mãn (trong VD13 thì ( ) 1 2 f x = không thỏa mãn) sau ñó lập luận phủ ñịnh là ( ) 1: 2o o x f x∃ = − ñể dẫn ñến vô lí! Ví dụ 16: Tìm : (0,1)f → ℝ thỏa mãn: f(xyz) = xf(x) + yf(y) +zf(z) , , (0,1)x y z∀ ∈ . Lời giải: Chọn x = y = z: f(x3) = 3xf(x). Thay x, y, z bởi x2: f(x6) = 3 x2 f(x2). Mặt khác: f(x6) = f(x. x2 .x3) = xf(x) + x2 f(x2) + x3 f(x3). ⇒ 3 x2 f(x2) = xf(x) + x2 f(x2) + 3x4 f(x) ⇔ 2 x2 f(x2) = xf(x) + 3x4 f(x) 3 2 3 1( ) ( ), 2 xf x f x x+⇒ = ∀ ∈ℝ Thay x bởi x3 ta ñược : 9 6 3 9 2 2 3 9 2 3 1( ) ( ), 2 3 13 ( ) 3 ( ), 2 3 1 3 13 ( ) 3 ( ), 2 2 ( ) 0, 0 xf x f x x x x f x xf x x x x x f x xf x x f x x + = ∀ ∈ + ⇒ = ∀ ∈ + + ⇒ = ∀ ∈ ⇒ = ∀ ≠ ℝ ℝ ℝ Vậy f(x) = 0 với mọi x ∈(0; 1). BÀI TẬP 1) Tìm :f N R→ thỏa mãn: ( ) ( ) 50 0; 1 2 f f≠ = ; ( ) ( ) ( ) ( ) , ,f x f y f x y f x y x y N x y= + + − ∀ ∈ ≥ . 2) Tìm :f N R→ thỏa mãn: ( ) ( ) ( )3 , ,f m n f n m f n m n N n m+ + − = ∀ ∈ ≥ . 20 3) Tìm :f R R→ thỏa mãn: ( )( ) ( ) ,f x f y y f x x y R= ∈ . 4) Tìm :f R R→ thỏa mãn: ( ) ( )( ) ( )( )1 1 ,f x f y y f x x y R+ = + ∈ . 5) Tìm ( ) ( ): 0; 0;f + ∞ → + ∞ thỏa mãn: ( ) ( ) ( ) ( )2 20;ax 0;yf x M x y y x f y x∈ +∞ = + − ∀ ∈ + ∞ . 6) Tìm :f R R→ thỏa mãn: ( ) ( ) ( )1 2 1 ,f xy f x y f x y xy x x y R− − + + + = + + ∀ ∈ . 7) Tìm [ ) [ ): 1; 1;f + ∞ → + ∞ thỏa mãn: ( ) ( ) ( )( )( ) [ ), 1; f xy f x f y x yf f x x = ∀ ∈ + ∞ = . 8) Tìm :f R R→ thỏa mãn: ( ) ( ) ( ) ( ) 1 ,f xy f x f y f x y x y R=
File đính kèm:
- PP giai PT HamTuan AnhNga Dien.pdf