Maths Olympiad Prep

Library / /17 of 61

Algebra Difficulty 5.2 AIME, harder Prove it Ukraine

Find all functions f:RRf: \mathbb{R} \to \mathbb{R} such that
f(f(x)y2)=(xy)2f(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, xRx \in \mathbb{R}; f(x)=x2f(x) = x^2, xRx \in \mathbb{R}.

З вихідного співвідношення отримуємо, що
(xy)2f(x+y)=(x+y)2f(xy). (x - y)^2 f(x + y) = (x + y)^2 f(x - y).
Покладемо x=t+12x = \frac{t+1}{2}, y=t12y = \frac{t-1}{2} і одержимо, що 12f(t)=t2f(1)1^2 \cdot f(t) = t^2 \cdot f(1) при всіх tRt \in \mathbb{R}. Звідси випливає з необхідністю, що функцію ff слід шукати у вигляді f(x)=λx2f(x) = \lambda x^2, де λR\lambda \in \mathbb{R}. Таким чином, для будь-яких x,yRx, y \in \mathbb{R} має виконуватися рівність λ(λx2y2)2=(xy)2λ(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 2,000 problems in a working order, from AMC 10 level to the IMO shortlist.

Source: MathNet, licensed CC-BY-4.0. Statement and solution reproduced as published; topic and difficulty added by this site.