Maths Olympiad Prep

Library / /4 of 17

Algebra Difficulty 5.0 AIME, harder Prove it Ukraine

Find all functions f:(0;+)Rf : (0; +\infty) \to \mathbf{R} such that the equality
f(x)f(y)=f(xy)+2005(1x+1y+2004) f(x)f(y) = f(xy) + 2005 \left( \frac{1}{x} + \frac{1}{y} + 2004 \right)
holds for all positive real xx and yy.

Solution

При y=1y=1 із вихідного співвідношення одержимо, що для всіх x>0x > 0
f(x)f(1)=f(x)+2005(1x+2005). f(x) \cdot f(1) = f(x) + 2005 \left( \frac{1}{x} + 2005 \right).
Звідси дістаємо рівність f(1)2=f(1)+20052006f(1)^2 = f(1) + 2005 \cdot 2006. Таким чином, f(1)=2005f(1) = -2005 або f(1)=2006f(1) = 2006.
Якщо f(1)=2005f(1) = -2005, то при всіх x>0x > 0
f(x)=20052006(1x+2005), f(x) = -\frac{2005}{2006} \left( \frac{1}{x} + 2005 \right),
а якщо f(1)=2006f(1) = 2006, то при всіх x>0x > 0
f(x)=1x+2005. f(x) = \frac{1}{x} + 2005.

Want a route through all this instead of an archive? The track puts 2,000 problems in a working order, from AMC 10 level to the IMO shortlist.

Source: MathNet, licensed CC-BY-4.0. Statement reproduced verbatim; metadata (topic, difficulty) added by this project.