Maths Olympiad Prep

Library / /26 of 61

Algebra Difficulty 5.4 AIME, harder Prove it Ukraine

Find all functions f:RRf: \mathbb{R} \to \mathbb{R} such that
f(x3+y3)=x2f(x)+yf(y2) f(x^3 + y^3) = x^2 f(x) + y f(y^2)

Solution

Відповідь: f(x)=kxf(x) = kx, kRk \in \mathbb{R} — довільне.

З вихідного рівняння дістаємо, що f(y3)=yf(y2)f(y^3) = y f(y^2), f(x3)=x2f(x)f(x^3) = x^2 f(x). А тому при всіх x,yRx, y \in \mathbb{R}
f(x3+y3)=f(x3)+f(y3). f(x^3 + y^3) = f(x^3) + f(y^3).
Отже, ми встановили, що функція ff є адитивною: при всіх u,vRu, v \in \mathbb{R}
f(u+v)=f(u)+f(v). f(u+v) = f(u) + f(v).
Далі, оскільки
f(0)=0іf(x3)x2f(x)xf(x2),тоf(x2)xf(x).Таким чином, f(0) = 0 \quad \text{і} \quad f(x^3) \equiv x^2 f(x) \equiv x f(x^2), \quad \text{то} \quad f(x^2) \equiv x f(x). \quad \text{Таким чином,}
f(x2+2x+1)(x+1)f(x+1)(x+1)(f(x)+f(1)). f(x^2 + 2x + 1) \equiv (x+1) f(x+1) \equiv (x+1)(f(x) + f(1)).
З іншого боку,
f(x2+2x+1)xf(x)+2f(x)+f(1). f(x^2 + 2x + 1) \equiv x f(x) + 2 f(x) + f(1).
З цих співвідношень дістанемо, що f(x)=f(1)xf(x) = f(1)x, xRx \in \mathbb{R}. Залишається перевіркою переконатися, що всі функції вигляду f(x)=kxf(x) = kx, kRk \in \mathbb{R}, 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.