Maths Olympiad Prep

Library / Ukrainian Mathematical Olympiad /13 of 49

Ukrainian Mathematical Olympiad

Algebra Difficulty 5.2 AIME, harder Prove it Ukraine

Find all functions f:R→Rf: \mathbb{R} \to \mathbb{R} such that
f(f(x)−y2)=(x−y)2⋅f(x+y) f(f(x) - y^2) = (x - y)^2 \cdot f(x + y)
for any real numbers xx and yy.

Solution

Відповідь: f(x)=0f(x) = 0, x∈Rx \in \mathbb{R}; f(x)=x2f(x) = x^2, x∈Rx \in \mathbb{R}.

З вихідного співвідношення отримуємо, що
(x−y)2f(x+y)=(x+y)2f(x−y). (x - y)^2 f(x + y) = (x + y)^2 f(x - y).
Покладемо x=t+12x = \frac{t+1}{2}, y=t−12y = \frac{t-1}{2} і одержимо, що 12⋅f(t)=t2⋅f(1)1^2 \cdot f(t) = t^2 \cdot f(1) при всіх t∈Rt \in \mathbb{R}. Звідси випливає з необхідністю, що функцію ff слід шукати у вигляді f(x)=λx2f(x) = \lambda x^2, де λ∈R\lambda \in \mathbb{R}. Таким чином, для будь-яких x,y∈Rx, y \in \mathbb{R} має виконуватися рівність λ(λx2−y2)2=(x−y)2⋅λ(x+y)2\lambda(\lambda x^2 - y^2)^2 = (x - y)^2 \cdot \lambda(x + y)^2. Беручи x=1x = 1 і y=1y = 1, знаходимо, що λ∈{0;1}\lambda \in \{0; 1\}. Перевірка свідчить, що обидві наведені у відповіді функції задовольняють умову.

Want a route through all this instead of an archive? The track puts 2,604 problems in a working order, from Junior Challenge level to the IMO shortlist.

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