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填充 4. 兩邊同時對 y 偏微得
f'(x+y) = 2 f(x) f'(y) , y=0 代入得
f'(x) = 2f(x) f'(0) = 4f(x) \Rightarrow \frac{f'(x)}{f(x)} = 4
再來補充個類題,把原題取個 log 就很像下面的類題了
100 中壢高中1招填充 8. 設 f,\, g 為可微分函數, 且 f(x+2y)=f(x)+g(y) , \forall x,\, y\in R . 試問:若 f(0)=1 , f'(0)=2 , 求 g(5) .
看到這個類題後,聯想到第一次看到這個題型時,條件其實給的比較少:微分的條件,只要求 f 在 0 處可微,但從這個條件可以推出其它地方也可以微
不過,對於填充題的作答是沒什麼影響,如果是計算題就要小心條件了
現在把條件弱化一下,改成「 f(x+y)=2f(x)f(y) 對任意實數 x, y 且 f(0)>0,\, f'(0)=2 」
也就是可微函數的條件和函數皆正被拿掉了,但我們還是可以小心地處理
令 x=y=0 代入解得 f(0) = \frac12
若 y \neq 0 , 則 \frac{f(x+y)-f(x)}{y}=\frac{2f(x)f(y)-f(x)}{y}=2f(x)\cdot\frac{f(y)-\frac{1}{2}}{y}
取極限 y \to 0, 得 f'(x) 存在且 f'(x) = 2f(x)f'(0)
現在只差把 f(x) 除過去,就結束了,所以需要 f(x) \neq 0
若 0 = f(x)=2(f(\frac{x}{2}))^{2} ,也就是說 f(x) = 0 \Rightarrow f(\frac x2) =0 \Rightarrow f(\frac{x}{2^{n}}) = 0
n \to \infty 又 0 點處連續(可微必連續) 得 f(0) = 0 矛盾,所以 f(x) \neq 0
所以即使把條件弱化到只有 0 處局部的訊息,還是一樣的結果 \frac{f'(x)}{f(x)} = 4
更甚者,可以直接把 f 算出來 f(x) = \frac{1}{2} e^{f'(0)x} , 其實就是解微分方程