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番外 · 闲灯 / 亚太数学奥林匹克 / P5 · functional-equations

1989 APMO 第 5 题

题面据 APMO 可核档案整理;中文题意为本站自译,公式请以原始来源为准。

APMO 1989 P5 functional-equations

Determine all functions ff from the reals to the reals for which
(1) f(x)f(x) is strictly increasing,
(2) f(x)+g(x)=2xf(x)+g(x)=2 x for all real xx, where g(x)g(x) is the composition inverse function to f(x)f(x).
(Note: ff and gg are said to be composition inverses if f(g(x))=xf(g(x))=x and g(f(x))=xg(f(x))=x for all real x.)

Answer: f(x)=x+c,cRf(x)=x+c, c \in \mathbb{R} constant.

确定从实数到实数的所有函数 ff

(1) f(x)f(x) 严格递增,

(2) 对于所有实数xxf(x)+g(x)=2xf(x)+g(x)=2 x,其中g(x)g(x)f(x)f(x)的复合反函数。

(注:如果对于所有实数 x,f(g(x))=xf(g(x))=xg(f(x))=xg(f(x))=x,则 ffgg 被称为复合逆。)

答案:f(x)=x+ccRf(x)=x+c,c \in \mathbb{R} 常数。

提示 1

先代入 0、1、相等变量或会让一边简化的值。

提示 2

检查方程是否强迫单调、周期、单射、满射或常值。

提示 3

把递推链闭合,最后回代验证所有解。

完整解答

这页先给题面、题型和提示阶梯,完整证明留给读者逐步展开。1989 年 APMO P5 可先归入函数方程:第一步把题设翻成对象、条件、目标三行;第二步沿提示寻找不变量、标准构型或关键变形;第三步补齐边界情形,并回到题目原要求核对。

这题适合先独立想一轮再打开提示。不要急着搜索完整解答,先问自己:题面里最硬的限制是哪一句?