..
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
---------------------------
HOÀNG THẾ ANH
VỀ PHƯƠNG TRÌNH HÀM JENSEN,
TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ ỨNG DỤNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC
THÁI NGUYÊN - 2017
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
---------------------------
HOÀNG THẾ ANH
VỀ PHƯƠNG TRÌNH HÀM JENSEN,
TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ ỨNG DỤNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC
Chuyên ngành: Phương pháp Toán sơ cấp
Mã số: 60 46 01 13
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. TRẦN XUÂN QUÝ
THÁI NGUYÊN - 2017
i
Mục lục
Bảng ký hiệu
ii
Mở đầu
1
Chương 1. Một số kiến thức chuẩn bị
1.1 Không gian định chuẩn và sự hội tụ . . . . . . . . .
1.2 Không gian Banach và tiêu chuẩn hội tụ Cauchy . .
1.3 Hàm lồi, hàm cộng tính và một số kết quả . . . . .
3
3
5
7
Chương 2. Phương trình hàm Jensen và tính ổn định 10
2.1 Phương trình hàm Jensen . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.1 Định nghĩa và ví dụ . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.2 Một số phương trình hàm liên quan . . . . 15
2.1.3 Một số bài toán áp dụng . . . . . . . . . . . 17
2.2 Tính ổn định của phương trình hàm Jensen . . . . 19
2.2.1 Tính ổn định Hyers-Ulam-Rassias . . . . . . 20
2.2.2 Sự ổn định trên miền giới hạn . . . . . . . . 25
2.2.3 Phương pháp điểm bất động . . . . . . . . . 32
Kết luận
36
Tài liệu tham khảo
37
ii
Bảng ký hiệu
N
Q
R
R+
C
R2
K
KN
X
N
RN
(−c, c)N
|u|
kuk
E1
E, E2
(JE)
J
J-lõm
J-lồi
tập hợp các số tự nhiên
tập hợp các số hữu tỉ
tập hợp các số thực
tập hợp các số thực dương
tập hợp các số phức
tập hợp các cặp (x, y) số thực
tập R hoặc tập C
tập RN hoặc tập CN
không gian định chuẩn hoặc không gian Banach
số nguyên dương N
tập hợp các bộ số thực (x1 , ..., xN )
tập hợp các bộ số (x1 , ..., xN ) trong khoảng (−c, c)
giá trị tuyệt đối của số thực u hoặc module của số phức u
chuẩn của u
không gian định chuẩn thực
không gian Bannach thực
phương trình hàm Jensen
hàm Jensen
hàm Jensen lõm
hàm Jensen lồi
1
Mở đầu
Phương trình hàm là một nhánh của Toán học hiện đại, từ năm
1747 đến 1750 nhà toán học J. D’Alembert đã công bố 3 bài báo
liên quan về phương trình hàm, đây được xem là các kết quả đầu
tiên về phương trình hàm. Nhiều nhà toán học (tiêu biểu: N.H.
Abel, J. Bolyai, A.L. Cauchy, J. D’Alembert, L. Euler, M. Fréchet,
C.F. Gauss, J.L.W.V. Jensen, A.N. Kolmogorov, N.I. Lobacevskii,
J.V. Pexider, và S.D. Poisson) đã tiếp cận phương trình hàm theo
các mục tiêu nghiên cứu khác nhau, như nghiên cứu định tính (xác
định một số đặc trưng cơ bản của hàm số) hoặc nghiên cứu định
lượng (ước lượng nghiệm, số nghiệm hay dạng cụ thể của nghiệm),
nghiên cứu nghiệm địa phương hoặc nghiệm toàn cục, nghiên cứu
nghiệm liên tục hay nghiệm có tính gián đoạn,...
Dựa vào các phương pháp tiếp cận đó, luận văn đã được hoàn
thành với tên đề tài là: Về phương trình hàm Jensen, tính
ổn định và ứng dụng.
Nội dung luận văn sẽ trình bày một số kiến thức cơ bản về
phương trình hàm Jensen, tính ổn định và ứng dụng. Các kết quả
này được trích dẫn từ tài liệu tham khảo [1] và một số tài liệu liên
quan.
Ngoài mục lục, lời nói đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, nội
dung chính của luận văn được trình bày trong 2 chương.
Chương 1: Một số kiến thức chuẩn bị
Trong chương này luận văn trình bày một số kiến thức về không
gian định chuẩn và sự hội tụ, không gian Banach và tiêu chuẩn hội
2
tụ Cauchy, về hàm lồi, hàm cộng tính và một số kết quả.
Chương 2. Phương trình hàm Jensen và tính ổn
định
Ở chương này luận văn trình bày về phương trình hàm Jensen,
cách tìm nghiệm của phương trình hàm Jensen xác định trên trường
số thực và chỉ ra nghiệm liên tục của nó là affine. Sau đó, nghiên
cứu nghiệm liên tục của phương trình hàm Jensen trên khoảng
đóng và bị chặn. Tiếp theo, nghiên cứu nghiệm của phương trình
hàm kiểu Jensen liên hệ từ bất đẳng thức Popoviciu và một số bài
tập áp dụng. Và cuối cùng, luận văn trình bày tính ổn định của
phương trình hàm Jensen trong đó có tính ổn định Hyers-UlamRassias, sự ổn định trên miền giới hạn và phương pháp điểm bất
động.
Luận văn được thực hiện tại trường Đại học Khoa học - Đại
học Thái Nguyên. Tôi xin gửi cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Toán
Tin và Phòng Đào tạo của trường. Trân trọng cảm ơn các Thầy,
Cô đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo
mọi điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình học tập. Đặc biệt, tôi
xin gửi lời biết ơn chân thành đến TS. Trần Xuân Quý, người Thầy
đã hướng dẫn tôi hoàn thành bản luận văn này. Mặc dù rất bận
rộn trong công việc nhưng Thầy vẫn dành nhiều thời gian và tâm
huyết trong việc hướng dẫn, động viên khuyến khích tôi trong suốt
thời gian tôi thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết
ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, những người không ngừng
động viên, hỗ trợ tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá
trình học tập và thực hiện luận văn.
Thái Nguyên, ngày 05 tháng 5 năm 2017
Tác giả luận văn
Học viên. Hoàng Thế Anh
3
Chương 1
Một số kiến thức chuẩn
bị
Với mục tiêu tìm hiểu về phương trình hàm Jensen, tính ổn
định và ứng dụng, trong chương này luận văn trình bày một số
kiến thức cơ bản về không gian định chuẩn và sự hội tụ, không
gian Banach và tiêu chuẩn hội tụ Cauchy, về hàm lồi, hàm cộng
tính và một số kết quả.
1.1
Không gian định chuẩn và sự hội tụ
Đặt K := R hoặc K := C.
Định nghĩa 1.1.1. Cho X là một không gian véc tơ trên trường
K. Khi đó, X được gọi là một không gian định chuẩn trên K nếu
và chỉ nếu tồn tại một chuẩn k·k trên X, nghĩa là với mọi u, v ∈ X
và α ∈ K, ta có các khẳng định sau:
(i) kuk ≥ 0 (tức là kuk là một số thực không âm);
(ii) kuk = 0 nếu u = 0;
(iii) kαuk = |α| kuk;
(iv) ku + vk = kuk + kvk .
4
Không gian định chuẩn tương ứng trên K = R hoặc K = C
được gọi là không gian định chuẩn thực hoặc phức. Số ku − vk
được gọi là khoảng cách giữa 2 điểm u và v. Đặc biệt, kuk là
khoảng cách giữa điểm u và điểm gốc v = 0. Vì −u = (−1)u, nên
từ (iii) của định nghĩa trên ta có k−uk = kuk với mọi u ∈ X.
Từ (iv) ta có k(u + v) − wk ≤ ku +
vk+kwk
≤ kuk+kvk+kwk .
P
N
P
N
kuj k với mọi
Tổng quát, bằng quy nạp ta có
uj
≤
j=1
j=1
u1 , ..., uN ∈ X, N = 1, 2, ...
Ví dụ 1.1.2. Cho X := R. Ta đặt
kuk := |u|
với mọi u ∈ R, với |u| là một giá trị tuyệt đối của u. Khi đó,
X = R được gọi là một không gian định chuẩn thực.
Ví dụ 1.1.3. Cho X := C. Ta đặt
kuk := |u|
với mọi u ∈ C, với |u| là một module của số phức u. Khi đó, X
được gọi là một không gian định chuẩn phức.
Mệnh đề 1.1.4. Cho X là một không gian định chuẩn. Khi
đó, với mọi u, v ∈ X, ta có bất đẳng thức sau
|kuk − kvk| ≤ ku ± vk ≤ kuk + kvk .
Định nghĩa 1.1.5. Cho (un ) là một dãy trong không gian định
chuẩn X, tức là, un ∈ X với mọi n. Ký hiệu
lim un = u
n→∞
nếu lim kun − uk = 0.
n→∞
Ta nói rằng giới hạn của dãy (un ) hội tụ về u. Ta cũng có thể
ký hiệu un → u khi n → ∞.
5
Mệnh đề 1.1.6. Cho X là một không gian định chuẩn trên K.
Cho un , vn , u, v ∈ X và αn , α ∈ K với mọi n = 1, 2, ... Khi đó
ta có các khẳng định sau
(i) Nếu tồn tại giới hạn lim un , thì giới hạn đó là duy nhất.
n→∞
(ii) Nếu un → u khi n → ∞, thì (un ) là bị chặn, nghĩa là tồn
tại một số r ≥ 0 thỏa mãn kun k ≤ r với mọi n.
(iii) Nếu un → u khi n → ∞, thì kun k → kuk khi n → ∞.
(iv) Nếu un → u và vn → v khi n → ∞ thì un + vn → u + v khi
n → ∞.
(v) Nếu un → u và αn → α khi n → ∞ thì αn un → αu khi
n → ∞.
Định nghĩa 1.1.7. Dãy (un ) trên không gian định chuẩn X gọi
là dãy Cauchy nếu với mọi ε > 0, tồn tại số n0 (ε) thỏa mãn
kun − um k < ε
với mọi n, m ≥ n0 (ε).
Mệnh đề 1.1.8. Trong không gian định chuẩn, mọi dãy hội tụ
đều là dãy Cauchy.
1.2
Không gian Banach và tiêu chuẩn hội tụ Cauchy
Định nghĩa 1.2.1. Không gian định chuẩn X gọi là không gian
Banach nếu và chỉ nếu mọi dãy Cauchy của nó đều hội tụ.
Ví dụ 1.2.2. Không gian X := K là không gian Banach trên K
với chuẩn
kuk := |u|
với mọi u ∈ K.
6
Ví dụ 1.2.3. Với N = 1, 2, .... Không gian X := KN là không
gian Banach trên K với chuẩn kxk := |x|∞ , trong đó
|x|∞ := max |ξj | ,
1≤j≤N
với x = (ξ1,..., ξN ) .
Xét xn = (ξ1n,..., ξN n ) . Khi đó
lim |xn − x|∞ = 0 nếu lim ξkn = ξk với mọi k = 1, ..., N .
n→∞
n→∞
Ví dụ 1.2.4. Với N = 1, 2, .... Không gian X := KN là không
gian Banach với chuẩn Euclide k·k, với
kxk :=
N
X
21
ξj2 ,
j=1
trong đó x = (ξ1,..., ξN ) . Ngoài ra
lim |xn − x| = 0 nếu lim ξkn = ξk với mọi k = 1, ..., N.
n→∞
n→∞
Ví dụ 1.2.5. Với −∞ < a < b < +∞. Khi đó, X := C[a, b] là
không gian Banach với chuẩn
kuk := max |u(x)| .
a≤x≤b
Sự hội tụ un → x khi n → ∞ trong X, hay được hiểu là
kun − uk = max |un (x) − u(x)| → 0
a≤x≤b
khi n → ∞.
Mệnh đề 1.2.6. Cho (un ) là dãy Cauchy trong không gian định
chuẩn X. Dãy (un ) chứa một dãy con (unk ) hội tụ tới u. Khi
đó dãy (un ) cũng hội tụ tới u.
7
1.3
Hàm lồi, hàm cộng tính và một số kết quả
Hàm f : R → R được gọi là một hàm lồi nếu và chỉ nếu thỏa
mãn
x + y f (x) + f (y)
f
6
(1.1)
2
2
với mọi x, y ∈ R.(xem hình vẽ dưới đây).
Hàm lồi lần đầu tiên được giới thiệu bởi J.L.W.V.Jensen năm 1905,
mặc dù hàm số thỏa mãn điều kiện (1.1) đã được nghiên cứu bởi
Hadamard (1893) và Holder (1889).
Ví dụ. Một số ví dụ về hàm lồi
(a) f (x) = ax + b trên R với mọi a, b ∈ R.
(b) f (x) = x2 trên R.
(c) f (x) = eαx trên R với mọi α ≥ 1 hoặc α ≤ 0.
(d) f (x) = |x| trên R với mọi α ≥ 1.
(e) f (x) = x log x trên R+ .
π
(f) f (x) = tan x trên 0, 2 .
8
Tổng hữu hạn các hàm lồi là một hàm lồi. Tuy nhiên, tích các
hàm lồi chưa chắc lồi. Ví dụ,
f (x) = x2 và g(x) = ex
là một hàm lồi trên R nhưng tích của chúng
h(x) = x2 ex
không phải là hàm lồi trên R. Một hàm A : X → Y được gọi là
hàm cộng tính nếu
A(x + y) = A(x) + A(y) với mọi x, y ∈ X.
Nếu A : R → R là một hàm cộng tính, thì A là một hàm lồi.
Nếu A : R → R là một hàm cộng tính và f : R → R là một
hàm lồi thì hàm hợp f (A(x)) cũng là hàm lồi.
Định lý 1.3.1. Cho X, Y là các không gian Banach. Hàm
f : X → Y thỏa mãn
kf (x + y) − f (x) − f (y)k 6 σ
với σ > 0 và với mọi x, y ∈ X. Khi đó giới hạn
Ax = lim 2−n f (2n x)
n→∞
tồn tại với mỗi x ∈ X và A : X → Y là hàm cộng tính duy
nhất thỏa mãn
kf (x) − A(x)k 6 σ
với mọi x ∈ X. Ngoài ra, nếu f (tx) liên tục theo t với mỗi
x ∈ X cố định, thì A tuyến tính.
Định lý 1.3.2. Cho X, Y là các không gian Banach. Hàm
f : X → Y thỏa mãn
kf (x + y) − f (x) − f (y)k 6 σ(kxkp + kykp )
9
với σ > 0, p ∈ [0, 1) và với mọi x, y ∈ X. Khi đó tồn tại duy
nhất hàm cộng tính A : X → Y thỏa mãn
kf (x) − A(x)k 6
2σ
kxkp
p
2−2
với mọi x ∈ X. Ngoài ra, nếu f (tx) liên tục theo t với mỗi
x ∈ X cố định, thì A tuyến tính.
Bổ đề 1.3.3. Cho X là không gian Banach và N là số nguyên
dương. Cho trước c > 0, xét hàm f : (−c, c)N → X thỏa mãn
bất đẳng thức
kf (x + y) − f (x) − f (y)k 6 σ
với mỗi σ > 0 và với mọi x, y ∈ (−c, c)N với x + y ∈ (−c, c)N .
Khi đó tồn tại hàm cộng tính A : RN → X thỏa mãn
kf (x) − A(x)k 6 (5N − 1)σ
với mọi x ∈ (−c, c)N .
Định lý 1.3.4. Cho X là không gian Banach. Giả sử A : X →
X là toán tử co chặt với hằng số Lipschitz L < 1. Nếu tồn tại
số nguyên không âm n sao cho kAn0 +1 x − An0 xk < ∞ với mỗi
x ∈ X thì có các khẳng định sau:
(i) Dãy (An x) hội tụ tới điểm bất động x∗ của A;
(ii) x∗ là điểm bất động duy nhất của A trong X ∗ = {y ∈ X :
kAn0 x − yk < ∞};
(iii) Nếu y ∈ X ∗ thì ky − x∗ k 6
1
kAy − yk.
1−L
Nhận xét, kết quả Định lý 1.3.4 đúng cho không gian metric
đầy đủ.
10
Chương 2
Phương trình hàm
Jensen và tính ổn định
Trong chương này, đầu tiên ta tìm hiểu về phương trình hàm
Jensen, nghiệm tổng quát của phương trình hàm Jensen trên tập
số thực. Chúng ta cũng tìm nghiệm liên tục của phương trình hàm
Jensen trên khoảng đóng và bị chặn [a,b]. Đồng thời, chúng ta đi
nghiên cứu nghiệm của một phương trình hàm kiểu Jensen liên hệ
từ bất đẳng thức Popoviciu và một số bài tập áp dụng. Các kết
quả và bài tập áp dụng được trích dẫn từ tài liệu [6]. Cuối cùng là
nghiên cứu về tính ổn định của phương trình hàm Jensen cụ thể
là tính ổn định Hyers-Ulam-Rassias, sự ổn định trên miền giới hạn
và phương pháp điểm bất động. Các kết quả được trích dẫn từ các
tài liệu [7, 10, 11].
2.1
2.1.1
Phương trình hàm Jensen
Định nghĩa và ví dụ
Phương trình hàm có dạng
x + y f (x) + f (y)
f
=
2
2
với mọi x, y ∈ R được gọi là phương trình hàm Jensen.
11
Định nghĩa 2.1.1. Một hàm f : R → R được gọi là hàm Jensen
nếu nó thỏa mãn
x + y f (x) + f (y)
f
=
, với mọi x, y ∈ R.
2
2
Định nghĩa 2.1.2. Một hàm f : R → R được gọi là affine nếu
nó có dạng
f (x) = ax + b
với a, b là các hằng số tùy ý.
Định lý 2.1.3. Hàm f : R → R thỏa mãn điều kiện phương
trình hàm Jensen
x + y f (x) + f (y)
f
=
(JE)
2
2
với mọi x, y ∈ R nếu và chỉ nếu
f (x) = A(x) + a
(2.1)
với A : R → R là một hàm cộng tính và a là một hằng số bất
kì.
Chứng minh. Dễ dàng thấy (2.1) thỏa mãn phương trình hàm
Jensen(JE).
Thay y = 0 và phương trình (JE), ta được
x f (x) a
f
+ , với a = f (0).
(2.2)
=
2
2
2
Dễ dàng nhận thấy
f (x + y) + a f (x) + f (y)
=
2
2
suy ra
f (x + y) + a = f (x) + f (y).
(2.3)
Cho A : R → R là một hàm số xác định bởi
A(x) = f (x) − a
(2.4)
12
Từ phương trình (2.3), ta suy ra
A(x + y) = A(x) + A(y) hay A là hàm cộng tính.
Do đó ta suy ra
f (x) = A(x) + a
với A : R → R là một hàm cộng tính.
Định lý 2.1.4. Mọi phương trình hàm Jensen liên tục đều
affine.
Định nghĩa 2.1.5. Với m và n là hai số nguyên dương. Số hữu
m
tỉ có dạng n được gọi là một số hữu tỉ nhị nguyên (dyadic).
2
Định lý 2.1.6. Nghiệm liên tục của
x + y f (x) + f (y)
f
=
2
2
(JE)
với mọi x, y ∈ [a, b] được cho bởi
f (x) = α + βx
(2.5)
với α, β là các hằng số tùy ý.
Chứng minh. Xét hàm số F : [0, 1] −→ R xác định như sau
F (y) = f ((b − a)y + a), y ∈ [0, 1].
Ta chứng minh F thỏa mãn (JE). Thật vậy, từ
x + y
y + x
= f (b − a)
+a
F
2
2
[(b − a)x + a)] + [(b − a)y + a)]
=f
2
f ((b − a)x + a) + ((b − a)y + a)
=
2
F (x) + F (y)
=
, ∀x, y ∈ [0, 1].
2
(2.6)
13
suy ra F thỏa mãn phương trình hàm Jensen trên [0,1]. Thay x = 0
và y = 1 vào (JE), ta được
1
F (0) + F (1) c + d
1
F
=
=
= c + (d − c),
2
2
2
2
1
với c = F (0) và d = F (1). Tương tự, thay x = 0 và y = vào
2
(JE), ta được
1
F (0) + F 2
c + c + 21 (d − c)
1
1
F
=
=
= c + (d − c).
4
2
2
4
Thay x =
1
và y = 1 vào (JE), ta được
2
F 12 + F (1)
3
3
=
= c + (d − c).
F
4
2
4
Tiếp theo, ta sẽ chứng minh rằng nếu x là số thực bất kỳ có dạng
m
với m, k là các số nguyên dương thỏa mãn 0 ≤ m ≤ 2k , thì
k
2
F (x) = c + x(d − c).
(2.7)
Chúng ta tiếp tục sử dụng quy nạp với k. Ta đã chỉ ra khẳng định
đúng với k = 1, 2. Giả sử (2.7) đúng với k = n. Ta xét hai trường
hợp sau:
2m
.
2n+1
2m + 1
Trường hợp b) x = n+1 .
2
Trường hợp a) x =
a) Ta có
m
2m
m
2m
F
=
F
=
c
+
(d
−
c)
=
c
+
(d − c),
2n+1
2n
2n
2n+1
14
b) Ta có
2m + 1
1 m m+1
F
=F
+
2n+1
2 2n 2n
m
m+1
F n +F
2
2n
=
2
1
m
m+1
=
c + n (d − c) + c +
(d − c)
2
2
2n
m+1
= c + n+1 (d − c).
2
Vậy (2.7) thỏa mãn tất cả các giá trị của x trong khoảng [0,1]. Do
đó F liên tục và tập tất cả các số hữu tỉ dyadic trong [0, 1] là trù
mật trên [0, 1], ta có
F (x) = c + x(d − c)
với mọi x ∈ [0, 1]. Hay
f (x) = α + βx,
với α, β là các hằng số tùy ý.
Chú ý 2.1.7. Ta thấy rằng trong chứng minh định lý trên, hàm
F xác định bởi F (x) = f ((b − a)x + a) thỏa mãn phương trình
hàm Jensen trên đoạn [0, 1]. Theo chứng minh của Định lí (JE),
thì hàm số F (x) = A(x) + α, với A : [0, 1] → R là hàm cộng tính
và α là hằng số tùy ý. Như vậy, theo kết quả về phương trình hàm
Cauchy, F có thể mở rộng từ [0, 1] tới R. Vì vậy, nghiệm tổng quát
f : [a, b] → R của phương trình hàm Jensen có thể cho bởi
f (x) = A
(x − a)
+ α,
(b − a)
với A : R → R là hàm cộng tính.
Vì vậy, ta có định lí sau.
15
Định lý 2.1.8. Nghiệm tổng quát của phương trình
x + y f (x) + f (y)
f
=
2
2
với mọi x, y ∈ [a, b] cho bởi hàm số
x−a
+ α,
f (x) = A
b−a
(2.8)
với α là một hằng số bất kì và A : R → R là một hàm cộng
tính.
2.1.2
Một số phương trình hàm liên quan
Popoviciu (1965) chứng minh rằng nếu I là một khoảng khác
rỗng
xvà+fy :+I z→
R là một hàm lồi, thì f thỏa mãn bất đẳng thức
3f
+ f (x) + f (y) + f (z)
3
h x + y
y + z
z + x i
≥2 f
+f
+f
2
2
2
với mọi x, y, z ∈ I. Nếu ta thay bất đẳng thức trên bằng đẳng
thức, ta được một phương trình hàm kiểu Jensen. Trong phần này,
mục tiêu là xác định nghiệm tổng quát của phương trình hàm kiểu
Jensen,
là tìm nghiệm tổng quát của phương trình,
x +tức
y + z
3f
+ f (x) + f (y) + f (z)
3
h x + y
y + z
z + x i
=2 f
+f
+f
(2.9)
2
2
2
với mọi x, y, z ∈ R.
Trong Định lý 2.1.9 nghiệm tổng quát của phương trình hàm (2.9)
được xây dựng bởi Trif (2000).
Định lý 2.1.9. Hàm số f : R → R thỏa mãn phương trình
hàm (2.9) với mọi x, y, z ∈ R nếu và chỉ nếu
f (x) = A(x) + b
(2.10)
16
với mọi x ∈ R, với A : R → R là một hàm cộng tính và b là
một số thực tùy ý.
Chứng minh. Dễ dàng ta thấy được nếu f có dạng (2.10), thì f là
nghiệm của phương trình hàm (2.9).
Ta sẽ chứng minh điều ngược lại. Nghĩa là, mọi nghiệm của (2.9)
đều có dạng (2.10). Trước tiên, ta xác định một hàm số A : R → R
xác định bởi
A(x) = f (x) − b
(2.11)
với mọi x ∈ R, tại b = f (0). Khi đó A(0) = 0 và hàm số A thỏa
x+y+z
mãn 3A
+ A (x) + A (y) + A (z)
3
h x + y
y + z
z + x i
=2 A
+A
+A
2
2
2
(2.12)
với mọi x, y, z ∈ R. Thay y = x và z = −2x vào (2.9) ta được
x
A(−2x) = 4A −
với mọi x ∈ R.
(2.13)
2
Thay x bằng −x vào (2.13), ta được
A(2x) = 4A
x
2
(2.14)
với mọi x ∈ R. Lại thay x bằng 2x vào (2.14), ta được
A(4x) = 4A(x)
(2.15)
với mọi x ∈ R. Đặt y = z = 0 thay vào (2.12) và kết hợp với
(2.14), ta được
x
= A (2x) − A (x)
(2.16)
3A
3
với mọi x ∈ R. Thay y = x và z = 0 vào (2.12) và kết hợp với
(2.16), ta được
x
A(4x) = A(2x) − 4A
(2.17)
2
- Xem thêm -