Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/Real analysisUnreviewedEdited since review

Une équation fonctionnelle

by Uettechat·
40
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

This score reflects both the level of the required concepts and the difficulty of the solution.Ce score tient compte à la fois du niveau des notions nécessaires et de la difficulté de la résolution.

  1. 110First steps / middle schoolPremiers pas / collège
  2. 1125Beginner / high schoolDébutant / lycée
  3. 2650Intermediate / undergraduateIntermédiaire / licence
  4. 5170Advanced / graduateAvancé / master
  5. 7190Expert / specializedExpert / spécialisé
  6. 91100Research levelNiveau recherche
These levels are approximate guides.Ces niveaux sont des repères approximatifs.
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Trouver les fonctions ff continue de R\mathbb{R} dans R\mathbb{R} vérifiant:
x[0,1],f(x)=n=1+f(xn)2n\forall x \in [0, 1], f(x) = \sum_{n=1}^{+\infty} \frac{f(x^n)}{2^n}

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  1. X-ESPCI PC 2018
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Solution by Uettechat

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Soit a[0,1[a \in [0,1[
On pose M0=max{f(x)f(0),x[0,a]}M_{0}=\max\{|f(x)-f(0)|, x \in [0,a]\}, qui existe car ff est continue sur [0,a][0,a], donc compact sur [0,a][0,a].
On note x0[0,a]x_{0} \in [0,a] tel que M0=f(x0)f(0)M_{0}=|f(x_{0})-f(0)|
Alors, en appliquant la relation,
M0=f(x0)f(0)=n1f(x0n)f(0)2nn1f(x0n)f(0)2nn1M02n=M0M_{0}=|f(x_{0})-f(0)|=\left| \sum_{n \geq 1} \frac{f(x_{0}^{n})-f(0)}{2^{n}} \right| \leq \sum_{n \geq 1} \frac{\left| f(x_{0}^{n})-f(0) \right|}{2^{n}} \leq \sum_{n \geq 1} \frac{M_{0}}{2^{n}} = M_{0}Ainsi, on a un cas d’égalité dans la deuxième inégalité, donc n1,f(x0n)f(0)=M0\forall n \geq 1, \left| f(x_{0}^{n})-f(0) \right|=M_{0}
Or 0x0a<10\leq x_{0} \leq a < 1, donc x0n0x_{0}^{n} \to 0.
Par continuité de ff en 00, f(x0n)f(0)f(x_{0}^{n}) \to f(0).
Donc par passage à la limite, M0=0M_{0}=0.
Donc x[0,a],0f(x)f(0)0\forall x \in [0,a], 0\leq|f(x)-f(0)|\leq 0, donc x[0,a],f(x)=f(0)\forall x \in [0,a], f(x)=f(0).
On a montré ce résultat pour tout 0a<10\leq a<1.
On considère donc la suite 0an=11n<10\leq a_{n}=1-\frac{1}{n}<1, donc nN,f(an)=f(0), et f(an)f(1)\forall n \in \mathbb{N^{*}}, f(a_{n})=f(0), \text{ et } f(a_{n}) \to f(1) par continuité de ff en 1.
Donc f(1)=f(0)f(1)=f(0).
Il vient que ff est constante sur [0,1][0,1].
Réciproquement, si ff est constante sur [0,1][0,1], f=cRf=c \in \mathbb{R}:
x[0,1],f(x)=c=12c11/2=n=1+c2n=n=1+f(xn)2n\forall x \in [0, 1], f(x) = c = \frac{1}{2} \frac{c}{1-1/2} = \sum_{n=1}^{+\infty} \frac{c}{2^n}=\sum_{n=1}^{+\infty} \frac{f(x^{n})}{2^n}

Donc l’ensemble des solutions sont les fonctions constantes sur [0;1][0;1].

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