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 và thỏa mãn điều kiện:

f(f(x)) = f(x) + x, x

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.

 

pdf30 trang | Chia sẻ: lethuong715 | Lượt xem: 1052 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang mẫu tài liệu Các phương pháp giải phương trình hàm thường dùng, để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
 ⇔ − =   
   
. 
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:

  • pdfPP giai PT HamTuan AnhNga Dien.pdf