Középiskolai Matematikai és Fizikai Lapok
Informatika rovattal
Kiadja a MATFUND Alapítvány
Már regisztráltál?
Új vendég vagy?

A B. 5197. feladat (2021. október)

B. 5197. Jelölje \(\displaystyle \mathbb{N}\) a nemnegatív egész számok halmazát, és legyen \(\displaystyle k\) adott pozitív egész. Van-e olyan monoton növő \(\displaystyle f \colon \mathbb{N} \to \mathbb{N}\) függvény, amelyre

\(\displaystyle f\big(f(x)\big) = f(x) + x + k \)

minden \(\displaystyle x \in \mathbb{N}\) esetén?

(6 pont)

A beküldési határidő 2021. november 10-én LEJÁRT.


Megoldás. Mutatunk egy, a feltételnek megfelelő függvényt; ehhez felhasználjuk a B. 3429. feladat ötleteit.

A \(\displaystyle f(x)\) függvényt egy valós értékű lineáris függvény egész értékekre kerekítésével fogjuk megkonstruálni.

Legyen \(\displaystyle q=\dfrac{1+\sqrt5}2\approx1,618\) a \(\displaystyle q^2=q+1\) egyenlet pozitív megoldása, továbbá legyen \(\displaystyle d=\dfrac{k}{q}\). Bármely pozitív egész \(\displaystyle x\) esetén legyen \(\displaystyle f(x)\) az az egész szám, amely a \(\displaystyle \big[qx+d-\tfrac12,qx+d+\tfrac12\big)\) intervallumba esik.

Mivel \(\displaystyle qx+d-\tfrac12>q+0-\tfrac12>0\), az \(\displaystyle f(x)\) érték pozitív egész, tehát \(\displaystyle f\) valóban egy \(\displaystyle \mathbb{N}\to\mathbb{N}\) függvény (és mivel \(\displaystyle q > 1\), szigorúan monoton növő).

Az \(\displaystyle f(x)\) definíciója szerint

\(\displaystyle -\tfrac12 \le f(x)-qx-d < \tfrac12. \)\(\displaystyle (1) \)

Ugyanezt \(\displaystyle x\) helyett \(\displaystyle f(x)\)-szel felírva,

\(\displaystyle -\tfrac12 \le f(f(x))-qf(x)-d < \tfrac12. \)\(\displaystyle (2) \)

Adjuk össze (2)-t és (1) \(\displaystyle (q-1)\)-szeresét:

$$\begin{gather*} -\tfrac12-\tfrac12(q-1) \le \big(f(f(x))-qf(x)-d\big)+(q-1)\big(f(x)-qx-d\big) <\tfrac12+\tfrac12(q-1), \\ -\tfrac{q}{2} \le f(f(x))-f(x)-(q^2-q)x-qd <\tfrac{q}{2}, \\ -\tfrac{q}{2} \le f(f(x))-f(x)-x-k <\tfrac{q}{2}. \end{gather*}$$

Az \(\displaystyle f(f(x))-f(x)-x-k\) egy egész szám, és mint láttuk, \(\displaystyle -\tfrac{q}{2}\approx-0,809\) és \(\displaystyle \tfrac{q}{2}\approx0,809\) közé esik. Ez az egész szám csak a \(\displaystyle 0\) lehet, tehát \(\displaystyle f(f(x))-f(x)-x-k=0\), vagyis

\(\displaystyle f(f(x)) = f(x)+x+k. \)


Statisztika:

A B. 5197. feladat értékelése még nem fejeződött be.


A KöMaL 2021. októberi matematika feladatai